Lithiové baterie (Li-Io, Li-Po) jsou v současnosti nejoblíbenějšími dobíjecími zdroji elektrické energie. Lithiová baterie má jmenovité napětí 3.7 V, které je uvedeno na pouzdře. Avšak 100% nabitá baterie má napětí 4.2 V a vybitá „na nulu“ má napětí 2.5 V. Vybíjet baterii pod 3 V nemá smysl, za prvé se zhorší a za druhé, v rozsahu od 3 do 2.5 Dodává pouze několik procent energie do baterie. Rozsah provozního napětí je tedy 3 – 4.2 V. Na můj výběr tipů pro používání a skladování lithiových baterií se můžete podívat v tomto videu
Sériově nebo paralelně?
Při sériovém zapojení se sečte napětí na všech bateriích, při připojení zátěže teče z každé baterie proud rovný celkovému proudu v obvodu, obecně odpor zátěže nastavuje vybíjecí proud. Tohle by sis měl pamatovat ze školy. Nyní přichází ta zábavná část, kapacita. Kapacita sestavy s tímto zapojením se poměrně rovná kapacitě baterie s nejmenší kapacitou. Představme si, že všechny baterie jsou nabité na 100 %. Hele, vybíjecí proud je všude stejný a nejdříve se vybije baterie s nejmenší kapacitou, to je alespoň logické. A jakmile se vybije, nebude již možné tuto sestavu načíst. Ano, zbývající baterie jsou stále nabité. Ale pokud budeme pokračovat v odstraňování proudu, naše slabá baterie se začne příliš vybíjet a selže. To znamená, že je správné předpokládat, že kapacita sériově zapojené sestavy se rovná kapacitě nejmenší nebo nejvíce vybité baterie. Odtud docházíme k závěru: k sestavení sériové baterie musíte za prvé použít baterie stejné kapacity a za druhé, před montáží musí být všechny nabity stejně, jinými slovy 100%. Existuje taková věc, která se nazývá BMS (Battery Monitoring System), dokáže monitorovat každou baterii v baterii a jakmile se jedna z nich vybije, odpojí celou baterii od zátěže, o tom bude řeč níže. Nyní k nabíjení takové baterie. Musí se nabíjet napětím rovným součtu maximálních napětí na všech bateriích. U lithia je to 4.2 voltu. To znamená, že nabíjíme tříčlennou baterii s napětím 12.6 V. Podívejte se, co se stane, když baterie nejsou stejné. Nejrychleji se nabije baterie s nejmenší kapacitou. Zbytek ale ještě neobvinil. A naše špatná baterie se bude smažit a dobíjet, dokud nebude zbytek nabitý. Připomínám, že lithium také nemá příliš rádo nadměrné vybíjení a kazí se. Abyste tomu zabránili, připomeňte si předchozí závěr.
Přejděme k paralelnímu zapojení. Kapacita takové baterie se rovná součtu kapacit všech baterií v ní obsažených. Vybíjecí proud pro každý článek se rovná celkovému zatěžovacímu proudu dělenému počtem článků. To znamená, že čím více Akum v takové sestavě, tím více proudu může dodat. S napětím se ale stane zajímavá věc. Pokud budeme sbírat baterie, které mají různá napětí, tedy zhruba řečeno nabité na různá procenta, tak si po připojení začnou vyměňovat energii, dokud se napětí na všech článcích nestane stejným. Dospěli jsme k závěru: před montáží je třeba baterie znovu rovnoměrně nabít, jinak po připojení potečou velké proudy a vybitá baterie se poškodí a s největší pravděpodobností se může dokonce vznítit. Během procesu vybíjení si baterie také vyměňují energii, to znamená, že pokud má jedna z plechovek nižší kapacitu, ostatní jí nedovolí vybít se rychleji než oni sami, to znamená, že v paralelní montáži můžete použít baterie s různými kapacitami . Jedinou výjimkou je provoz při vysokých proudech. Na různých bateriích pod zátěží napětí klesá různě a mezi „silnými“ a „slabými“ bateriemi začne protékat proud, a to vůbec nepotřebujeme. A to samé platí pro nabíjení. Naprosto bezpečně můžete paralelně nabíjet baterie různých kapacit, čili není potřeba vyvažování, sestava se vyrovná sama.
V obou uvažovaných případech je třeba dodržet nabíjecí proud a vybíjecí proud. Nabíjecí proud pro Li-Io by neměl překročit polovinu kapacity baterie v ampérech (1000 mAh baterie – nabíjení 0.5 A, baterie 2 Ah, nabíjení 1 A). Maximální vybíjecí proud je obvykle uveden v datovém listu (TTX) baterie. Například: baterie notebooků a smartphonů 18650 nelze zatížit proudem přesahujícím 2 kapacity baterie v ampérech (příklad: baterie 2500 mAh, což znamená, že maximum, které z ní potřebujete, je 2.5 * 2 = 5 ampérů). Existují ale vysokoproudé baterie, kde je vybíjecí proud jasně uveden v charakteristice.
Mezilehlou možností je přepnutí baterií ze sériového připojení na paralelní (pro nabíjení), což je podrobně popsáno ve videu níže a všechna schémata a odkazy na přepínače najdete zde https://alexgyver.ru /18650/
Vlastnosti nabíjení čínskými moduly
Standardní zakoupený nabíjecí a ochranný modul za 20 rublů pro lithiovou baterii (odkaz na aliexpress) je prodejcem umístěn jako modul pro jednu plechovku 18650. Dokáže a bude nabíjet jakoukoli lithiovou baterii bez ohledu na tvar, velikost a kapacitu. správné napětí 4,2 V (napětí plně nabitá baterie, plná). I když se jedná o obrovské 8000mah lithiové balení (samozřejmě se bavíme o jednom 3,6-3,7v článku). Modul poskytuje nabíjecí proud 1 ampér, což znamená, že dokáže bezpečně nabít jakoukoli baterii s kapacitou 2000 mAh a vyšší (2Ah, což znamená, že nabíjecí proud je poloviční než kapacita, 1A) a podle toho i doba nabíjení v hodinách se bude rovnat kapacitě baterie v ampérech (ve skutečnosti o něco více, jedna a půl až dvě hodiny na každých 1000 mAh). Mimochodem, baterii lze připojit k zátěži během nabíjení.
Důležité! Pokud chcete nabíjet baterii s menší kapacitou (například jednu starou 900mAh plechovku nebo malinkou 230mAh lithiovou baterii), pak je nabíjecí proud 1A příliš velký a měl by být snížen. To se provádí výměnou rezistoru R3 na modulu podle přiložené tabulky. Rezistor nemusí být nutně smd, postačí ten nejobyčejnější. Dovolte mi, abych vám připomněl, že nabíjecí proud by měl být poloviční než kapacita baterie (nebo méně, žádný velký problém).
Ale pokud prodejce říká, že tento modul je pro jednu plechovku 18650, může nabíjet dvě plechovky? Nebo tři? Co když potřebujete sestavit prostornou powerbanku z několika baterií? UMĚT! Všechny lithiové baterie lze zapojit paralelně (vše plus plus mínus, mínus mínus) BEZ OHLEDU NA KAPACITU. Baterie pájené paralelně si udržují provozní napětí 4,2V a jejich kapacita se sčítá. I když vezmete jednu plechovku na 3400mAh a druhou na 900, dostanete 4300. Baterie budou fungovat jako jeden celek a budou se vybíjet úměrně své kapacitě.
Napětí v PARALELNÍ sestavě je VŽDY STEJNÉ NA VŠECH BATERIÍCH! A ani jedna baterie se nemůže fyzicky vybít v sestavě dříve než ostatní, funguje zde princip komunikujících nádob. Ti, kteří tvrdí opak a říkají, že baterie s nižší kapacitou se rychleji vybíjejí a umírají, jsou zmateni se SÉRIOVOU montáží, plive jim do tváře.
Důležité! Před vzájemným propojením musí mít všechny baterie přibližně stejné napětí, aby mezi nimi v době pájení neprocházely vyrovnávací proudy, mohou být velmi velké. Proto je nejlepší před montáží jednoduše nabít každou baterii zvlášť. Samozřejmě se prodlouží doba nabíjení celé sestavy, jelikož používáte stejný 1A modul. Ale můžete paralelně dva moduly získat nabíjecí proud až 2A (pokud vaše nabíječka může poskytnout tolik). K tomu je potřeba propojit všechny podobné vývody modulů propojkami (kromě Out- a B+, ty jsou na deskách zdvojené s jinými nikláky a stejně už budou zapojeny). Nebo si můžete koupit modul, na kterém jsou již mikroobvody paralelně. Tento modul je schopen nabíjet proudem 3A.
Omlouváme se za zjevné věci, ale lidé jsou stále zmatení, takže budeme muset prodiskutovat rozdíl mezi paralelním a sériovým připojením.
PARALELNÍ připojení (všechny plusy k plusům, všechny mínusy k mínusům) udržuje napětí baterie 4,2 V, ale zvyšuje kapacitu sečtením všech kapacit dohromady. Všechny powerbanky využívají paralelní zapojení několika baterií. Takovou sestavu lze stále nabíjet z USB a napětí je zvýšeno na výstup 5V boost převodníkem.
KONZISTENTNÍ připojení (každé plus mínus následné baterie) dává mnohonásobné zvýšení napětí jedné nabité banky 4,2V (2s – 8,4V, 3s – 12,6V a tak dále), ale kapacita zůstává stejná. Pokud jsou použity tři 2000 mAh baterie, pak je montážní kapacita 2000 XNUMX mAh.
Důležité! Má se za to, že pro sekvenční montáž je bezpodmínečně nutné používat pouze baterie stejné kapacity. Ve skutečnosti to není pravda. Můžete použít různé, ale pak bude kapacita baterie určena NEJMENŠÍ kapacitou v sestavě. Přidejte 3000+3000+800 a dostanete sestavu 800mah. Pak začnou specialisté křičet, že méně prostorná baterie se pak rychleji vybije a zemře. Ale to je jedno! Hlavním a skutečně posvátným pravidlem je, že pro sekvenční montáž je vždy nutné použít ochrannou desku BMS pro požadovaný počet plechovek. Detekuje napětí na každém článku a vypne celou sestavu, pokud se jeden vybije jako první. V případě 800 banky se vybije, BMS odpojí zátěž od baterie, vybíjení se zastaví a zbytkové nabití 2200mah na zbývajících bankách už nebude vadit – je potřeba nabít.
Deska BMS, na rozdíl od jednoho nabíjecího modulu, NENÍ sekvenční nabíječka. K nabíjení potřebujete nakonfigurovaný zdroj požadovaného napětí a proudu. Guyver o tom natočil video, takže neztrácejte čas, podívejte se na to, je o tom co nejpodrobněji.
Nabíjení více baterií
Ve skutečnosti to za určitých předpokladů možné je. U některých podomácku vyrobených produktů se osvědčilo schéma využívající jednotlivé moduly, zapojené také do série, ale KAŽDÝ modul potřebuje svůj SAMOSTATNÝ ZDROJ NAPÁJENÍ. Pokud nabíjíte 3 s, vezměte tři nabíječky telefonu a připojte každou k jednomu modulu. Při použití jednoho zdroje dochází ke zkratu v napájení, nic nefunguje. Takový systém funguje také jako ochrana sestavy (moduly však nedokážou dodávat více než 3 ampéry) Nebo jednoduše sestavu nabijte jednu po druhé a připojte modul ke každé baterii, dokud nebude plně nabitá.
Pro 12-14 voltové šroubováky je vhodná sestava tří plechovek. Pro 16-18c – 4 plechovky. Je lepší okamžitě vzít ochrannou desku 20-30A a nabíječku na požadované napětí (stará nebude fungovat pro kadmiové baterie!) Číňané mají také nabíječky ve formě běžných nabíjecích zdrojů. Všechny BMS a nabíječky jsou umístěny zde https://alexgyver.ru/18650/
Indikátor nabití baterie
Dalším naléhavým problémem je alespoň přibližně vědět, kolik energie na baterii zbývá, aby se nevybila v nejkritičtější chvíli.
Pro paralelní 4,2voltové sestavy by bylo nejviditelnějším řešením okamžité zakoupení hotové desky powerbanky, která již má displej zobrazující procenta nabití. Tato procenta nejsou příliš přesná, ale stále pomáhají. Emisní cena je přibližně 150-200 rublů, všechny jsou uvedeny na webu Guyver. I když nestavíte powerbanku, ale něco jiného, tato deska je docela levná a malá na to, aby se vešla do domácího produktu. Navíc už má funkci nabíjení a ochrany baterií. K dispozici jsou hotové miniaturní indikátory pro jednu nebo několik plechovek, 90-100 rublů https://alexgyver.ru/18650/
Nejlevnější a nejoblíbenější metodou je použití posilovacího převodníku MT3608 (30 rublů), nastaveného na 5-5,1v. Ve skutečnosti, pokud vyrábíte powerbanku pomocí jakéhokoli 5voltového konvertoru, nemusíte ani nic kupovat. Úprava spočívá v instalaci červené nebo zelené LED (jiné barvy budou fungovat při jiném výstupním napětí, od 6V a vyšším) přes odpor omezující proud 200-500 ohmů mezi výstupní kladnou svorku (to bude plus) a vstupní kladná svorka (pro LED to bude mínus). Čtete správně, mezi dvěma plusy! Faktem je, že při provozu převodníku se mezi plusy vytváří rozdíl napětí; +4,2 a +5V si navzájem dávají napětí 0,8V. Když je baterie vybitá, její napětí klesne, ale výstup z převodníku je vždy stabilní, což znamená, že se rozdíl zvětší. A když je napětí na bance 3,2-3,4V, rozdíl dosáhne požadované hodnoty pro rozsvícení LED – začne ukazovat, že je čas nabíjet.
Jak změřit kapacitu baterie?
Už jsme si zvykli na názor, že pro měření potřebujete Imax b6, ale ten stojí peníze a pro většinu radioamatérů je nadbytečný. Existuje ale způsob, jak změřit kapacitu 1-2-3 plechovkové baterie s dostatečnou přesností a levně – jednoduchý USB tester
Měl jsem dva testery – modrý a bílý s drátem. Bílá nadhodnotila proud o 15 % (spolu s tím i kapacitu) a modrá mírně podcenila. Možná záleží na instanci, ale i tak doporučuji modrou, už jen proto, že má časovač nabíjení/vybíjení. A bílá má jen zbytečné paměťové buňky, které nejsou potřeba.
Tester začne pracovat od cca 2,8V až do 10-15V bez problémů, to znamená, že může být napájen přímo z lithiové baterie a bude měřit protékající proud a kapacitu. Nezbývá než si pořídit pár USB konektorů s výstupem na holé dráty nebo krokodýly, připojit baterii ke vstupu (nutně přes ochranu!) a zatížit výstup. Například výkonný 8-15 ohmový odpor (pro jeden článek a mnohonásobně více pro sériové sestavy) nebo kus nichromu. Doporučený vybíjecí proud 300-500ma. Takový tester poskytne výsledek kapacity s chybou ne větší než 5%. Pro spolehlivost můžete k vybíjecímu obvodu připojit multimetr v režimu ampérmetru a porovnat skutečný proud s údaji testeru, takže v budoucnu budete vědět, zda má odchylku a jak velkou. S takovou korekcí v hlavě bude přesnost stejná jako u Imaxu. Když je baterie vybitá až na hranici meze a ochrana ji vypne, tester si výsledek zapamatuje. Jediné, co musíte udělat, je zapnout jej s jakýmkoli jiným zdrojem napájení, abyste viděli.
Moje kopie testeru mi poskytla výsledky o kapacitě až 10-20 mAh, což se zcela shodovalo s výzkumem seriózního chlapa, který používal zařízení v hodnotě desítek tisíc rublů pro stejnou značku baterie. A fotografie tohoto procesu stačily jako důkaz pro vrácení nákladů na 2s baterii s neférovou kapacitou =)
Nové moduly
TP5000, aktualizovaná deska pro nabíjení lithium-iontových a lithium-železofosfátových baterií (k aktivaci režimu je třeba připájet propojku) s proudem 1-2A (je třeba také vybrat odpory pro nastavení, ale modul ve skutečnosti odebírá nabíjecí proud 2A) a napájecí napětí až 9V. Modul má pulzní obvod, takže se málo zahřívá a má vysokou účinnost, což může být důležité například při nabíjení baterie ze solárních panelů.
TP5100, modul pro nabíjení sériové sestavy 2s (je potřeba připájet propojku), má také pulzní obvod (téměř se nezahřívá), na vstup je třeba přivést napětí od 9 do 15-19 V. Soudě dle popisu prodejce lze nabíjecí proud zvýšit i na 2A.
