Как правильно заряжать литий-ионный (Li-ion) аккумулятор

Литий-ионные аккумуляторы сегодня активно вытесняют традиционные свинцово-кислотные АКБ благодаря высокой энергоемкости, малому весу и длительному сроку службы. Однако их зарядка требует соблюдения особых правил. В этой статье разберем, как правильно заряжать Li-ion аккумулятор, чтобы продлить его ресурс и избежать преждевременного выхода из строя.

Литий-ионные аккумуляторы редко применяются в обычных автомобилях в качестве стартерных батарей из-за их высокой стоимости, чувствительности к экстремальным температурам и необходимости сложных систем управления для обеспечения безопасности. Кроме того, они уступают традиционным свинцово-кислотным аккумуляторам в способности выдавать большой пусковой ток, особенно в холодную погоду. Хотя существуют более стабильные варианты, такие как литий-железо-фосфатные (LiFePO4) батареи, их использование в массовых авто ограничено из-за дороговизны.

Однако литий-ионные технологии широко распространены в других видах транспорта и техники, включая электровелосипеды, электросамокаты, гироскутеры, моноколеса, лёгкие электромотоциклы, а также в складской технике, например, в электропогрузчиках. Их также активно используют в квадрокоптерах благодаря высокой энергоемкости и малому весу. В электромобилях, таких как Tesla, литий-ионные аккумуляторы применяются в качестве тяговых, но не для запуска двигателя. Некоторые премиальные бренды, вроде BMW и Audi, экспериментируют с Li-ion стартерными батареями, но это скорее исключение, чем правило.

Литий-ионные батареи принципиально отличаются от свинцовых по конструкции и ключевым химическим процессам. Вот их главные особенности:

• Высокая энергоемкость — при меньших габаритах Li-ion АКБ хранят больше энергии, что делает их компактными и удобными.
• Отсутствие эффекта памяти — их можно заряжать в любой момент, не дожидаясь полного разряда.
• Чувствительность к перезаряду и глубокому разряду — выход за пределы рабочих напряжений сокращает срок службы.
• Низкий саморазряд — теряют около 2-3% заряда в месяц при хранении, что особенно важно, если вы не используете технику каждый день.
• Рабочий температурный диапазон от 0°C до +45°C, при минусовых температурах эффективность падает.
• Встроенная BMS (Battery Management System) — большинство Li-ion АКБ имеют плату защиты, контролирующую параметры заряда/разряда, контроль напряжения, токов заряда, температуры и сопротивления элементов АКБ для безопасной работы батареи.

Li-ion батареи крайне чувствительны к неправильным режимам зарядки. Основные риски:

• Перегрев — может привести к возгоранию или вздутию. В процессе длительного нагрева внутри батареи начинается химическая реакция распада электролита и повреждение электродов. Электролит распадается с выделением горючих газов, если не прекратить нагрев, корпус батареи может взорваться.
• Перезаряд — если напряжение превысит 4,2 В на элемент, аккумулятор деградирует. Ускоренный электролиз приводит к тепловому разгону, при котором катоды окисляются и разрушаются, а аноды покрываются отложениями металлического лития (дендритами). Впоследствии внутри происходит короткое замыкание, и необратимая потеря емкости АКБ.
• Глубокий разряд — падение напряжения ниже 2,5 В необратимо повреждает элементы. Как и в предыдущем случае, образуется литиевый осадок на электродах, который приводит к потере емкости.
• Неподходящий ток зарядки — слишком высокий ток сокращает срок службы.
• Несбалансированность ячеек — при последовательном соединении элементов возможен перезаряд одних и недозаряд других. Это в свою очередь ведет к неравномерному износу, когда одни ячейки постоянно находятся в состоянии перезаряда, а другие - в состоянии недозаряда. В итоге к общим рискам этих двух состояний добавляется еще и нарушение связи между ячейками.

Поэтому важно использовать правильные зарядные устройства для литиевых акб и соблюдать технологию зарядки.

1. Проверьте состояние аккумулятора

Убедитесь, что на корпусе нет повреждений, вздутий или следов окисления.

Измерьте напряжение: если оно ниже 2,5 В, батарея может быть неисправна.

Проверьте температуру АКБ — она должна быть в пределах 0°C до +45°C.

2. Подберите подходящее зарядное устройство

Используйте зарядное устройство с поддержкой Li-ion и функцией CC/CV (постоянный ток/постоянное напряжение).

Убедитесь, что ЗУ поддерживает химический состав вашей батареи (Li-ion, IMR, INR, ICR, LiFePO4 и т.д.).

3. Подключите АКБ к ЗУ

Соблюдайте полярность (+ и -).

Убедитесь, что контакты чистые и не окислены. Если контакты окислены, то необходимо сначала очистить их, а для предотвращения окисления необходимо обеспечить правильные условия хранения. Храните аккумуляторы в прохладном, сухом месте, избегая высоких температур и влажности.

4. Установите правильный режим зарядки

Оптимальный ток — 0,5-1А.

Напряжение не должно превышать 4,2 В на элемент (для LiFePO4 — 3,65 В).

Если ЗУ позволяет, установите ограничение заряда на 80-90% для продления срока службы.

5. Контролируйте процесс

Не оставляйте АКБ без присмотра, особенно при быстрой зарядке. В процессе может произойти перезаряд.

Периодически проверяйте температуру аккумулятора. Если вы заметили, что аккумулятор сильно нагревается - прекратите зарядку.

Отключайте зарядное устройство после завершения зарядки.

1. Заряжайте литий-ионный аккумулятор при комнатной температуре (оптимально +20°C). Допускается зарядка при температуре от +5°C до +45°C.
2. Не допускайте перезаряда — отключайте ЗУ при достижении 100%.
3. Избегайте полного разряда — старайтесь заряжать при 20-30% остатка.
4. Используйте только оригинальные или сертифицированные зарядные устройства.
5. Периодически проверяйте баланс ячеек (если АКБ состоит из нескольких элементов).

Что нельзя делать?

Заряжать Li-ion аккумулятор на морозе или при сильном нагреве (ниже 0°C или выше +45°C). В первом случае химические процессы замедляются, поэтому могут повреждаться ячейки, а аккумулятор будет терять емкость. Зарядка такого акб при низких температурах может также привести к короткому замыканию. При высоких температурах кроме естественного повышения температуры внутри акб, происходит еще и его нагрев снаружи, что приведет к тепловому разгону, а в худшем случае - к вздутию,взрыву и воспламенению батареи.

Использовать зарядники, которые не подходят для Li-ion ЗУ — они могут перезарядить Li-ion.

Оставлять АКБ подключенным к ЗУ после полной зарядки — это ускоряет деградацию. Если оставить заряженную литиевую батарею подключенной к сети, то внутри будет происходить микро-циклы разряда-заряда, которые увеличивают нагрузку батареи и приводят к ее стремительному износу.

Заряжать поврежденные или вздутые аккумуляторы — это опасно. Нарушение целостности батареи, потертости, вздутие - четкий сигнал о том, что аккумулятор неисправен. Ни в коем случае не пытайтесь зарядить литий-ионный аккумулятор, если у вас есть малейшие сомнения в его состоянии.

Для Li-ion аккумулятора необходимо специальное зарядное устройство. Оно должно иметь возможность ограничить максимальное напряжение, иметь защиту от перегрева. При выборе ЗУ обратите внимание на совместимость с Li-ion / LiFePO4, наличие CC/CV-режима. CC/CV-режим обеспечивает процесс зарядки на постоянном токе вначале, когда аккумулятор разряжен, и на переменном после достижения заданного напряжения, с постепенным уменьшением тока по достижению % заряда.

Соблюдая эти правила, вы значительно продлите срок службы литий-ионного аккумулятора и избежите преждевременного выхода его из строя. Помните, что правильная зарядка — это залог долговечности и безопасности вашей АКБ!