Эксплуатация и хранение литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов для инструмента

Часто люди пишут в отзывах к новому инструменту, что «сам инструмент хорош, а вот аккумулятор приказал долго жить уже через полгода», или «пользовался им всего два раза, а аккумулятор сдох».

Список подобных сообщений можно продолжить, но основной смысл в том, что люди инструментом толком не успели попользоваться, как случилось непоправимое. Притом, зачастую, приобретение нового аккумулятора либо вовсе невозможно (поди, найди их для какого-нибудь китайца), либо его цена оказывается сопоставимой с покупкой нового инструмента. Винят, разумеется, сразу производителя инструмента. Однако его вины тут лишь малая доля.

Эта короткая статья поможет вам не пополнить ряды «обманутых покупателей», а также подскажет что делать, если уже все случилось.

Начнем с главного – в большинстве случаев, производитель инструмента не имеет никакого отношения к производителям аккумуляторных элементов, находящихся в его аккумуляторных блоках. Он просто их покупает у тех, кто, по его мнению, предлагает хорошее соотношение цены и качества. Другими словами, аккумуляторные элементы в батареях к инструменту Bosch и какому-нибудь безымянному «китайцу», скорее всего, окажутся от одного и того же производителя, например, японской компании Sanyo или Samsung.

Чаще всего используются аккумуляторные элементы типоразмера 18650 с типичным напряжением 3,6-3,7 В. Эти элементы универсальные и используются везде, где только можно: от батарей ноутбуков до электромобилей. Если речь идет о 10,8-вольтовом аккумуляторе у инструмента, то это значит, что в нем размещено три таких элемента. В 14,4-вольтовом – четыре. В 18-вольтовом – пять. В 22-вольтовом уже шесть, и так далее.

Вот фото 14,4-вольтового аккумулятора Hitachi BCL без крышки. Видно, что в базовой части размещаются четыре аккумуляторных элемента (кстати, производства Sanyo), а в «ноге» – схема управления.

Если Li-ion аккумулятор приказал долго жить

Итак, если беда уже случилась, и ваш аккумуляторный блок не подает признаков жизни, то необходимо всего лишь купить нужное количество аккумуляторных элементов аналогичного типа и самостоятельно установить их в блок.
Пара замечаний: в России все они редкость, но можно заказать из Китая или Штатов (Aliexpress.com и Ebay.com вам в помощь) с бесплатной доставкой по цене 4-5 долларов за штуку; а также придется вспомнить навыки пайки. Вдобавок, нельзя менять аккумуляторные элементы выборочно. Только все сразу. Ведь контроллер заряда будет считать их все одинаковыми, что приведет к перегреву старых, которые могут даже загореться или взорваться.

И еще: в аккумуляторном блоке также может повредиться электроника, потому перед покупкой новых «банок» сначала «прозвоните» старые. Вдруг с ними все в порядке, и виноваты вовсе не они.

Что надо сделать, чтобы Li-ion аккумулятор прослужил дольше двух месяцев

Другими словами: чего бояться литий-ионные аккумуляторы. В бытовом применении в электроинструментах им страшно только одно – длительное хранение при глубоком разряде. Когда заряда остается менее 10%, аккумулятор начинает быстро деградировать. Если вы разрядили аккумулятор полностью и забыли его поставить на зарядку, а вспомнили о нем через пару месяцев – не обессудьте. Скорее всего придется купить новый.

Ситуация усугубляется тем, что многие производители электроинструмента из соображений экономии не делают двух вещей. Первая – в самом дешевом инструменте может отсутствовать система защиты аккумулятора от глубокого разряда. Вторая – если эта система присутствует, она частенько допускает более глубокий разряд, чем регламентирует производитель аккумуляторных элементов. Делается это чтобы выжать все до капли и с таким расчетом, что пользователь не будет долго тянуть с установкой аккумулятора на зарядку. Другими словами, если вы закончили работу и считаете, что аккумулятор разряжен более чем на две трети – ставьте его на зарядку.

Вот и все премудрости для тех, кто не хочет вникать в детали. Если вы относитесь к таким, то дальше можно не читать.

Но если интересны подробности или если вы используете инструмент регулярно, то тут еще есть что рассказать.

 

Часть 2

Для тех, кто использует инструмент регулярно

Есть еще несколько рекомендаций, которые помогут вам продлить жизнь литий-ионных аккумуляторов.

1.      Как было уже сказано выше, всегда старайтесь сразу поставить на зарядку аккумулятор, если он разряжен полностью или почти полностью. Попутно избегайте циклов глубокой разрядки-зарядки. Данная таблица покажет, какое количество циклов заряда-разряда последует до потери 50% емкости в зависимости от глубины разряда аккумулятора:

2.      Не заряжайте аккумуляторы при отрицательных температурах. Они будут терять емкость.

3.      Не храните аккумуляторы при температуре выше 30 градусов. Эта табличка показывает, насколько снизится емкость в зависимости от температуры хранения и степени заряженности аккумулятора:

4. Если аккумулятору предстоит долгое хранение, не заряжайте его полностью. Оптимальным будет уровень заряда в 35-50%.

Что нужно знать о зарядке литий-ионных аккумуляторов

Это сложный процесс. Для каждого типа аккумуляторов существует своя стратегия, но в общих чертах она именуется CC-CV и состоит из двух основных стадий – зарядки постоянным током и растущим напряжением, затем дозарядки с постоянным напряжением. Также могут быть и дополнительные стадии, например, весь процесс может выглядеть так:

1.      сначала батарея проверяется электроникой, чтобы узнать ее текущее состояние и степень заряда, а также пригодность к быстрому циклу зарядки. В первые минуты подается небольшое напряжение и невысокий ток. Если напряжение на батарее не растет (т.е. она хорошо принимает заряд), значит все в порядке, можно заряжать в быстром режиме;

2.      затем идет основная фаза заряда, которая длится около часа, где постепенно повышается напряжение при неизменно высоком токе;

3.      потом начинается завершающая фаза (дозарядка), где напряжение держится на максимально допустимом уровне (обычно 4,2 В), а ток постепенно снижается. Она может длится около двух часов.

Крайне важно для литий-ионных аккумуляторов – не допустить перезаряда. Он также негативно сказывается на ресурсе батареи, как и ее хранение в разряженном состоянии. Кроме того аккумулятор может банально перегреться и взорваться. Поэтому контроллер строго следит за этим процессом и прекращает заряд в соответствующий момент.

Но недобросовестные производители могут немного схитрить. Если незначительно повысить напряжение заряда (на 0,1 В, до 4,3 В), это чуть-чуть ускорит процесс, а главное – увеличит на 10% количество запасенной аккумулятором энергии. Последствия такого подхода отражает вот этот график:

Обратите внимание, что шкала ординат нелинейная, а сам график отражает лишь количество циклов перезаряда, при котором емкость аккумулятора снизится вдвое. И тут мы видим, что при напряжении 4,2 В аккумулятор деградирует крайне медленно, и количество циклов до момента «уполовинивания» емкости может быть около 1000. Но если напряжение повысить всего на 0,1 В, скорость деградации увеличится аж в четыре раза.

Ультрабыстрая зарядка

Обычно производитель рекомендует заряжать аккумуляторные элементы токами, равными 0,7 или 1 от емкости деленной на время (т.е. для аккумуляторного элемента 1500 мА·ч рекомендуемый ток заряда составляет 1,5 А). Некоторые производители допускают зарядку значительно большими токами, что в разы ускоряет процесс. Однако это приводит к ускоренной деградации батареи, плюс попутно приходится следить за ее температурой и останавливать процесс, если батарея нагрелась до 40 градусов (точное значение определяется производителем батареи). Ранний перегрев обычно характерен для стареющих батарей.

Вот график потери емкости литий-ионных аккумуляторов в зависимости от величины токов заряда и разряда:

Синяя линия – зарядка и разрядка токами, равными емкости/время (для аккумуляторов 1500 мА·ч – это 1,5 А). Зеленая – удвоенный ток заряда и разряда относительно емкости (для аккумуляторов 1500 мА·ч – 3 А). Красная – утроенный ток (для аккумуляторов 1500 мА·ч – 4,5 А).

Другими словами, режимы быстрой зарядки будут приводить к ускоренной деградации батареи.

Параметры типичных аккумуляторных элементов

Напоследок в качестве справочной информации приведем официальные характеристики тех же популярных аккумуляторных элементов Sanyo UR18650W2, которые упоминались выше:

емкость минимальная / типичная, мА·ч	1500 / 1600
номинальное напряжение, В	3,7
минимальное напряжение, В	2,75
метод зарядки	CC-CV (постоянный ток, затем постоянное напряжение)
максимальное напряжение зарядки, В	4,2
ток зарядки, А	1,5
время зарядки, ч	2,5
максимальный продолжительный ток разряда, А	15
температура при зарядке, град.	0 — +40
рабочая температура	-20 — +60
температура хранения	-20 — +50

—

Нижняя оранжевая линия – работа при температуре -20°C.

Ну а чтобы быть уверенными, что Sanyo UR18650W2 не являются каким-то исключением из общего правила, выложим их график разряда током 10 А в сравнении с двумя другими аккумуляторами производства Samsung и AW:

 

Подготовлено по материалам BatteryUniversity

Оценка статьи: (11 голосов, среднее: 4,55 из 5)

Загрузка...