Аккумулятор 18650: как заряжать и каким током

Какие параметры можно проверить

При помощи данного измерителя электрических характеристик можно узнать емкость аккумулятора, напряжение (разность потенциалов) между его полюсами, внутреннее сопротивление, ток утечки.

Как измерить напряжение

Измерение значения данной характеристики на перезаряжаемом источнике питания при помощи мультиметра производится следующим образом:

1. Измеритель переключается на диапазон замеров постоянного напряжения до 20 В;
2. Наконечники щупов прикладываются к одноименным полюсам (выводам) питания;
3. Спустя несколько секунд, текущее значение напряжения акб высвечивается на дисплее.

На заметку. Если на дисплее рядом с цифрами высвечивается знак « – » то это означает, что при подключении зажимов или наконечников щупов произошла «переполюсовка»: щупы приложены не к одноименным, а к разноименным полюсам (минусовой черный щуп приложен к плюсовому полюсу, красный плюсовой – к минусовому. Особой опасности данная ситуация не несет, но для нормальной работы измерителя ее лучше избегать и следить за соблюдением полярности подключения щупов.

Измерение разности потенциалов при помощи многофункционального измерителя

Как измерить ёмкость

Узнать емкость батареи можно следующим образом:

• Батарею полностью заряжают, после чего подключают к ней нагрузку с заранее известным током потребления, например, лампу накаливания;
• Засекают время, в течение которого нагрузка будет нормально работать;
• Одновременно с этим к полюсам подключают щупы (зажимы) мультиметра, переключая его в режим измерения постоянного напряжения в диапазоне до 20 В. Данная операция необходима для того, чтобы следить за уровнем падения разности потенциалов, отключая нагрузку в тот момент, когда питание будет иметь минимально допустимое значение данной характеристики.
• Фактическое значение характеристики находят, делая простой расчет: умножая ток, потребляемый нагрузкой, на время ее нормальной работы от полностью заряженной батареи. Полученный результат выражается в Амперчасах (А*час, Ah).

Помимо мультиметра, измеряется емкость перезаряжаемых элементов с помощью такого приспособления, как тестер.

Как проверить внутреннее сопротивление

Для проверки внутреннего сопротивления батареи производят следующие манипуляции:

• К батарее подключают нагрузку: лампочку, моторчик или какой-либо инструмент;
• Дают нагрузке поработать 5-10 секунд;
• Замеряют напряжение питания (U1);
• Отключают нагрузку;
• Повторно замеряют напряжение на полюсах батареи (U2);
• Находят разницу между двумя значениями U1 и U2, после чего делят ее на номинальную заявленную производителем питания разность потенциалов, затем переводят полученный результат в проценты. Если в процентном выражении полученное на основании расчетов значение меньше 0,4%, значит, внутреннее сопротивление нормальное.

Элементы с превышающим данное значение показателем считаются непригодными и даже опасными для дальнейшего использования.

Как проверить ток утечки

Ток утечки – опасное, нежелательное явление для любого перезаряжаемого питания. Проверка его наличия на автомобильном источнике питания производится следующим образом:

• Выключают зажигание;
• Отключают все работающие при выключенном зажигании потребители: магнитолу, охранную систему;
• Отсоединяют минусовую клемму источника питания;
• Переводят мультиметр в режим измерения постоянного тока силой до 10А;
• При помощи зажимов крокодильчиков подключают плюсовой щуп мультиметра к одноимённому полюсу;
• Минусовый щуп подключают к снятой с полюса батареи минусовой клемме;
• Признаком наличия тока утечки будет изменяющееся число на дисплее измерителя: чем больше отображаемое на нем значение, тем выше ток утечки и самопроизвольный разряд элемента в нерабочем режиме.

Определение тока утечки на автомобильной акб

В батареях, в которых тока утечки нет, на экране измерителя будут три нуля, разделенные одной точкой.

Как проверить заряд аккумулятора мультиметром и не повредить хрупкую электронную «начинку» устройства? Для того чтобы при проверке различных характеристик акб при помощи мультиметра не повредить его внутреннюю начинку, необходимо устанавливать правильный диапазон измерений. Так, например, при замере разности потенциалов между полюсами у 12-ти вольтовой акб прибор устанавливают в диапазон измерения постоянного напряжения до 20 В.

На заметку. Измерения значений различных характеристик с использованием многофункционального измерителя производятся, начиная с самого высокого диапазона. Это необходимо для того, чтобы не сжечь внутреннюю начинку измерителя и не получить электротравму.

Зачем измерять емкость авто аккумулятора?

Поскольку далеко не все автолюбители в силу отсутствия опыта уверенно ориентируются в характеристиках аккумуляторных батарей, начать стоит именно с этого. На самом деле здесь все предельно просто. Достаточно все «разложить по полочкам» понятными для большинства словами и понятиями.

Автомобильная батарея любого типа имеет следующие основные характеристики:

• Номинальное напряжение – измеряется в вольтах (В). По напряжению на клеммах АКБ легко можно определить степень ее заряженности.
• Максимальный пусковой ток – измеряется в амперах (А). Указывает на силу тока, который кратковременно способна отдать АКБ на питание стартера.
• Емкость – измеряется в ампер-часах (А*ч). Характеризует количество энергии, которую батарея может аккумулировать.

Все эти характеристики в некоторой степени напрямую связаны, и зависят друг от друга. Например, если напряжение АКБ в состоянии покоя равно 12,7 В, то это означает, что она заряжена на 100%. То есть, в данный момент в ней запасено максимальное количество ампер-часов, и она сможет отдать стартеру свой максимальный пусковой ток.

Если при том же условии покоя напряжение, скажем, 12,2 В, то батарея заряжена примерно наполовину. Это означает, что и ампер-часов в ней только половина из возможного потенциала. А пусковой ток, который она сможет отдать, примерно в два раза меньший от того, на который она способна в полностью заряженном состоянии. Именно поэтому слабо заряженная АКБ крутит стартер вяло, а запуск двигателя не всегда заканчивается успехом.

Теперь подробнее о емкости – характеристике, которой посвящен данный материал. Единица ее измерения (А*ч) показывает, сколько времени проработает АКБ (часов), отдавая один и тот же ток (ампер). Для наглядности рассмотрим пример

Есть полностью заряженная аккумуляторная батарея с реальной (это важно) емкостью 60 А*ч. К ней подключили нагрузку (например, лампочку накаливания), которая в среднем потребляет ток силой 3 А

При указанной емкости такая нагрузка разрядит нашу батарею в течение 20 часов (60 / 3 = 20).

Если к той же АКБ подключить лампочку, которая потребляет ток только 1,5 А (вдвое меньше), то до полного разряда пройдет более 40 часов времени. И так далее. Эти примеры очень условные, так как процессы разряда аккумуляторных батарей не являются линейными. Но об этом чуть позже.

Вернемся к вопросу – зачем измерять реальную емкость АКБ? Зная эту характеристику, можно наглядно оценить степень ее износа и ресурс. Так, например, если реальная емкость бывшей некоторое время в эксплуатации батареи выше 60% от указанного на корпусе значения, то она еще вполне пригодна для дальнейшего использования. Если замеры показали, что данная характеристика снизилась до диапазона 40-60%, то АКБ пора бы уже заменить. Особенно, если «на носу» зима. Показатели ниже 40% уже граничат с риском, что вы не сможете однажды запустить двигатель даже летом.

Теперь для полного понимания совместим рассмотренные проценты с ампер-часами. Допустим, заявленная на корпусе емкость вашей батареи – 60 А*ч (как в примере выше). Измерения одним из описанных ниже способов показали, что реальная емкость составляет всего 30 А*ч. Это значит, что от ее первоначальной емкости осталось только 50%. В свою очередь это значит, что подключенная 3-амперная нагрузка разрядит такую батарею не за 20 часов, а всего за 10 часов. Соответственно, установленная в машине АКБ будет быстрее разряжаться во время стоянки, особенно, если эти стоянки длительные, включены какие-либо приборы, или же есть токи утечки выше нормы.

Когда аккумуляторная батарея теряет емкость, почти прямо пропорционально уменьшается и максимальный пусковой ток. То есть, если на корпусе заявлено 400 А, то при износе в 50% батарея едва ли сможет обеспечить 200 А в полностью заряженном состоянии. Когда же пуски двигателя затруднены температурными условиями и не всегда заканчиваются успехом с первого раза, АКБ не может обеспечить пусковой ток, необходимый для того, чтобы «сдвинуть с места» стартер. У кого были проблемы с аккумулятором зимой, тот хорошо знает эти несколько вялых «вжик-вжик», после которых при повороте ключа зажигания – тишина.

Сборка и тестирование проекта

После того, как вы протестировали работу всех частей проекта по отдельности и убедились в том, что они исправно работают, их можно спаять вместе на перфорированной плате. Вы можете, при желании, собрать данный проект на печатной плате. Плата Arduino Nano, ЖК дисплей 16×2 и операционный усилитель LM741 будут монтироваться в специальные колодки (Female Bergstik) чтобы их можно было легко изъять из конструкции проекта при необходимости.

Питающее напряжение 12V на схему мы подаем через разъем постоянного тока (DC Barrel Jack), далее оно с помощью регулятора напряжения LM7805 преобразуется в 5V для питания платы Arduino Nano и ЖК дисплея. После подачи питания на схему и регулировки контрастности ЖК дисплея с помощью потенциометра вы должны увидеть на его экране приветственное сообщение. После этого, если напряжение аккумулятора находится в рабочем диапазоне, на экране ЖК дисплея будут отображаться значения тока и напряжения.

После окончания процесса разряда на экране ЖК дисплея отобразится измеренная емкость аккумулятора. Более подробно все эти процессы вы можете посмотреть на видео, приведенном в конце статьи.

Улучшить проект можно если, к примеру, записывать измеряемые в процессе разряда значения тока и напряжения в Excel файл (пример этого можно посмотреть в статье про декодер инфракрасных сигналов на основе Arduino) и затем делать постобработку и визуализацию этих данных с помощью специальных приложений (LabVIEW, MATLAB Simulink и т.п.). В результате этого можно построить различные модели предсказания работы аккумулятора в различных условиях, при различной нагрузке.

Небольшой обзор USB-тестера

Итак, краткий обзор USB-тестера купленного в Китае через сайт Aliexpress — всё что удалось заснять до его выхода из строя.

После получения и распаковки решил проверить работоспособность тестера. Для этого подключил его между зарядным устройством и смартфоном. Можно увидеть, что при этом устройство показывает напряжение, ток, текущую потребляемую мощность, время работы и израсходованную энергию (Ватт-час). Для замера емкости аккумулятора достаточно включить USB-тестер между аккумулятором и нагрузочным резистором, после полного разряда аккумулятора USB-тестер отключится и измеренная емкость сохранится в его памяти. Однако дальше теории дело не пошло, т.к. тестер оказался бракованным. При подключении нагрузки в 5 Ом, что соответствует 1 амперу, устройство перестало отображать ток и прочие подлежащие замеру параметры, хотя заявленный допустимый ток нагрузки — 3 Ампера. В конце видеоролика демонстрируется работа мышки, подключенной к ноутбуку через USB-тестер. Здесь тестер уже в неисправном состоянии. Ранее замеренный им же ток мышки составлял от 10 до 30 миллиампер для состояния покоя и активности соответственно, теперь ток не отображается.

USB-тестер в разобранном виде:

Делюсь мыслью, как проще всего измерить емкость аккумулятора, не покупая дорогостоящих измерительных приборов. В качестве подопытного взят литий-ионный аккумулятор 18650, но мой способ измерения емкости подойдет и других элементов питания. В первой части статьи описывается бюджетный вариант измерения емкости с помощью дешевого USB-тестера. Во второй — измерение емкости литий-ионного аккумулятора без использования измерительных приборов (без мультиметра и USB-тестера). В завершении статьи приведен небольшой обзор и несколько фотографий USB-тестера присланного из Китая.

Аккумуляторы Li-Ion.

В современных электронных устройствах массово используются литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы различных форм и размеров. Независимо от типоразмера все они имеют схожие характеристики и по большому счету отличаются лишь емкостью. Как правило, встречаются аккумуляторы с номинальным напряжением 3,7 Вольт (хотя бывют и на 3,8 Вольт). Li-Ion аккумуляторы на 3,7 В нельзя заряжать выше напряжения 4,23 В и нельзя разряжать ниже 2,5 В, в противном случае возникнет необратимый процесс и элемент останется только выбросить. Разряжать и заряжать аккумулятор можно до любого значения (он не обладает эффектом памяти), лишь бы напряжение находилось в диапазоне от 2,5 до 4,23 В. Однако полностью разряженный аккумулятор следует как можно скорее зарядить, чтобы он преждевременно не утратил свою емкость. Также литий-ионные аккумуляторы отличаются друг от друга наличием защиты. Аккумулятор может быть без электронной защиты (просто гальванический элемент), а может иметь встроенную схему, которая защищает элемент от чрезмерного разряда, перезаряда и перегрева. Но как-бы вы ни оберегали и ни следили за состоянием аккумулятора, емкость его со временем будет неуклонно падать. Чем выше температура эксплуатации и больше циклов заряда-разряда производится, тем быстрее аккумулятор стареет.

Литий-ионный аккумулятор 18650.

18650 — это обозначение наиболее часто встречающегося Li-Ion аккумулятора, размеры которого немного больше обычной пальчиковой батарейки (18×65 мм). Все что относится к аккумулятору 18650, применимо и к другим литий-ионным аккумуляторам! Типоразмер аккумуляторов 18650 часто используется в мощных фонариках, лазерах, различной электронике. Из элементов 18650 собраны аккумуляторные батареи ноутбуков, некоторых шуруповертов и даже электромобилей. Если вы покупаете фирменный аккумулятор, то он скорее всего имеет встроенную электронную защиту. Дешевые же китайские аккумуляторы, заказанные например на Aliexpress, не имеют защиты. Кроме того их ёмкость обычно в несколько раз ниже заявленной.

Защищенные или незащищенные – как отличить?

Как же выбрать качественный и самое главное безопасный аккумулятор 18650? Не секрет, что при перегреве они зачастую возгораются.

На ютубе полным-полно подобных роликов.

Дело в том, что Li-Ion батарейки бывают защищенные и не защищенные. Последние – это обычная банка без каких-либо встроенных элементов защиты.

Такие банки имеют “плоский” носик.

В защищённых, в конструкцию батарейки встроена плата PCB, контролирующая перезаряд + обеспечивающая защиту от КЗ. Плата припаяна к одному из контактов.

Обычно это “минус”. На плюсовом идет специальная насадка.

При этом сама батарейка оборачивается в термоусадку. Иногда на бочонок наносится надпись “Protected”.

Ошибка №4
Не путайте PCB плату (power control board) с PCM модулем (power charge module).

Если первая только защищает аккумулятор, то вторая полностью управляет процессом заряда АКБ (ограничение тока, контроль температуры и т.д.).

Ошибка №5
Простые батарейки также бывают с Button-Top (с пипкой или выпирающим носиком), они не обязательно должны быть плоскими Flap-Top.

С “пипкой” чаще всего используются в брендовых дорогих фонариках. Плоскоголовые там при последовательном соединении могут попросту не дать контакта.

Как вы понимаете, габариты защищенных аккумуляторов получаются немного больше обычных. Многие производители их даже называют иначе – не 18650, а 18700.

Ошибка №6
Покупать нужно аккумуляторы 18650 только со встроенной защитой.

На самом деле нет. Более того, не многие знают, но большинство ведущих производителей даже не производят таких батареек!

Защитные платы выпускаются совсем другими брендами, после чего они соединяются с обычными аккумуляторами известных марок и их перемаркируют.

Все дело в том, что защищенные АКБ требуются далеко не всегда. Выбирайте их только в том случае, если у вас вызывает сомнение зарядное устройство.

В первую очередь то, которое автоматически не останавливает заряд.

Ошибка №7
Пользоваться такими зарядками с незащищенными батарейками категорически запрещено.

Также незащищенные модели можно встретить в больших сборках, где последовательно соединено сразу несколько 18650.

Если вам попался большой аккумулятор на элементах 18650 в закрытом корпусе, то обратите внимание на соответствующие надписи. Например, вот такие буквы “6S5P” расшифровываются как:. 6 последовательно соединенных ячеек

6 последовательно соединенных ячеек

каждая из которых содержит 5 параллельных банок

Дело в том, что не существует двух абсолютно одинаковых банок.

Их внутреннее сопротивление всегда отличается, и в случае разброса напряжения на банках, некоторые из них будут нагреваться значительно больше остальных и деградировать.

Но и здесь опять же все зависит от качественной зарядки. А они в последнее время стали очень доступны и максимально безопасны. Подробнее

На электро-велосипедах все решается элементарными платами балансира.

Поэтому обычные Li-ion батарейки и получили гораздо большее распространение, нежели защищенные.

Ошибка №8
Кроме того, в большинство современных устройств вы попросту не запихнете защищенные аккумуляторы.

Их габаритные размеры не всегда позволяют это сделать.

Samsung

Этот производитель в 1 строке указывает модель, тип химии и размеры аккума. Ниже наносятся данные о заводе-производителе: SDI – корейский завод, SDIEM – малазийский. По 3 строке можно узнать дату выпуска, причем у моделей SDI и SDIEM обозначения различаются.

У аккумов серии Samsung SDI, выпускаемых в городе Tianjin, в маркировке есть завершающая буква Т, и месяц обозначается по-другому – по порядку буквами от D до O. Например, маркировка GH5T означает, что данный аккумулятор выпущен в 2021 году (G), на 5-й неделе мая.

Что такое мультиметр

Аккумуляторные элементы в домашних условиях легко проверить мультиметром. Это измерительный прибор, который может выполнять несколько задач:

• Измерение напряжения;
• Проверка тока;
• Измерение сопротивления;
• Проверка диодов, транзисторов, конденсаторов
• Замер частоты.

Удобным в этом приборе является то, что все измерения проводятся им одним, без необходимости иметь множество различных измерителей. К тому же в большинстве случаев он является портативным, то есть измерить параметры электроцепей можно как в полевых, так и в домашних условиях.

Большинство мультиметров (их еще называют тестерами) сами работают от батареек.

Виды батареек

Портативные элементы питания различаются как по принципу работы, так и по внешнему виду. Основные типы батареек:

• Пальчиковые (обозначение размера АА);

• Мизинчиковые (размер ААА);
• Большие цилиндрические (размером D);
• Средние цилиндрические (обозначаются С);
• Тип Крона (форма — параллелепипед);
• Плоские (форма — уплощенный параллелепипед).

Все цилиндрические типы накопителей заряда имеют рабочее напряжение от 1,2 до 1,6 вольт. Напряжение элементов типа Крона равно 9 В, а плоских 4,5 В. Работоспособность элемента зависит от нагрузки, к которой он подключен.

В маломощных приборах уменьшение вольтажа батарейки долго не сказывается на работоспособности, а в мощных, типа фотоаппаратов или электродвигателей, даже небольшое проседание напряжения вызовет отказ оборудования.

По типу внутреннего наполнения элементы питания также различаются. Выделяют такие виды:

• «Солевые», «сухие» — угольно-цинковые. Этот тип батареек наиболее дешевый, но быстрее всего разряжается и плохо работает в холодных условиях и с мощными нагрузками;

• HeavyDuty — хлоридно-цинковые, похожи на предыдущий тип, имеют чуть большую емкость;
• «Алкалиновые», щелочные — лучше работают при низких температурах и держат заряд при большом токе, но быстро разряжаются;
• С применением ртути — высокоемкие, их трудно быстро разрядить, однако из-за опасности ртути они вышли из употребления;
• С использованием серебра — медленно разряжаются и хорошо работают с мощной нагрузкой, но дорогие;
• Литиевые — имеют наивысшую ёмкость и наименьшую массу среди подобных. Долгий срок годности. Высокая цена.

Также все батареи делятся на два типа: первичные, то есть гальванические элементы и вторичные, то есть перезарядные или аккумуляторные. Первые обычно дешевле, но после использования их необходимо утилизировать. Вторые часто имеют меньшую емкость, более дороги, но могут быть перезаряжены зарядным устройством.

Проверка батареи мультиметром

Сначала несколько раз проводят проверку параметров во время зарядки:

Схема устройства мультиметра

• через полчаса будет 13 V;
• через 1 час после подключения покажет 13,5 V;
• при полной зарядке покажет 17 V.

Режим изменения силы тока равномерный. Она возрастает первый час после включения. Если показатель через час будет выше 1 А, прибор исправен, разбирать его на составные части не нужно. В противном случае придется это сделать, распаивая соединения паяльником.

Чтобы быстро тестировать АКБ тестером, выполняют такие действия:

• умножая количество элементов и 1,2 V, получают значение для холостого хода;
• проводят проверку аккумулятора шуруповерта при помощи щупов на контактах;
• сопоставляют полученные данные со значением холостого хода.

Можно сравнить полученный результат измерений с данными инструкции. Для никель-кадмиевых накопителей соответствующее значение составляет 1,2–1,4 вольта, для литиевых – 3,6–3,8. Несоответствие полученных результатов указывает на неисправность некоторых составляющих блока. Их вынимают из корпуса для тестирования АКБ. Внимательно осматривают, нет ли на источниках питания ржавчины, признаков вытекания электролита, следов от ударов.

Характеристика аккумуляторов для шуруповерта

Каким током заряжать li-ion аккумулятор 18650

Есть порядок восстановления работоспособности литиевого аккумулятора 18650 после падения напряжения до рабочего. Мы восстанавливаем емкость, измеряемую в ампер-часах. Поэтому вначале подключаем Li-ion аккумулятор форм-фактор 18650 к ЗУ, потом своими руками устанавливаем ток зарядки. Напряжение изменяется по времени, начальное 0,5 В. Как стабилизатор, ЗУ рассчитан на 5 В. Для сохранения работоспособности, благоприятными считают параметры 40-80 % от емкости.

Схема зарядки li-ion аккумулятора 18650 предполагает 2 этапа. Вначале нужно поднять напряжение на полюсах до 4,2 В, далее постепенным снижением силы тока стабилизировать емкость. Заряд считается полным, если сила тока снизилась до значения 5-7 мА, когда питание отключится. Весь цикл зарядки не должен превышать 3 часа.

Самая простая одногнездная китайская зарядка для li-ion аккумуляторов 18650 рассчитана на зарядный ток в 1 А. Но следить за процессом придется самостоятельно, переключать своими руками. Универсальные зарядные устройства дороги, но имеют дисплей и самостоятельно ведут процесс.

Как правильно зарядить Li-ion аккумулятор 18650 в ноутбуке? Подключение комплекта источников энергии в гаджете через Pover Bank

Батарея может заряжаться от сети, но важно отключать питание, как только блок набрал емкость