Что будет если замкнуть литиевый аккумулятор
Кратко о том, как восстановить аккумулятор 18650 после глубокого разряда
В общем, ситуаций может быть только две:
Первая ситуация: потеря емкости
В первом случае у аккумулятора упала емкость и с этим придется смириться. Полное восстановление аккумуляторов после глубокого разряда невозможно (это касается всех Li-ion аккумуляторов: 18650, 14500, 10440, аккумуляторов от мобильников и т.д.). Даже теоретически нельзя вернуть емкость литиевого аккумулятора.
Последние исследования показали, что литиевые аккумуляторы теряют свою емкость даже если вообще не эксплуатируются. Например, во время обычного хранения на складах. По данным исследований, аккумулятор теряет примерно 4-5% емкости в год.
Вторая ситуация: не хочет заряжаться
Обычно эта ситуация возникает, когда какое-либо устройство (телефон, планшет, мп3-плейер) долго лежали без дела с разряженным аккумулятором. Или если литиевые аккумулятор подвергся глубокому охлаждению.
На самом деле, как правило, на самой банке в этот момент напряжение составляет около 2.4-2.8 Вольта.
Все современные модули защиты устроены таким образом, что даже в случае блокировки аккумулятора от дальнейшего разряда, его все-таки можно зарядить. Это происходит благодаря паразитному диоду, встроенному в ключ на полевом транзисторе. Вот типовая схема модуля защиты аккумулятора 18650:
Так как при глубоком разряде закрывается только транзистор FET1, а второй MOSFET при этом остается открытым (пропускает ток в обоих направлениях), то зарядный ток спокойно протекает от плюсовой клеммы батареи через FET2, паразитный диод внутри FET1 к минусовой клемме.
Таким образом, при глубоком разряде плата защиты литий-ионного аккумулятора ни в коей мере не препятствует заряду аккумулятора.
Проблема лишь в том, что некоторые зарядные устройства считают себя слишком умными и когда видят, что на аккумуляторе слишком низкое напряжение (а в нашем случае оно вообще будет равно нулю), они считают, что произошла какая-то недопустимая ситуация и напрочь отказываются выдавать зарядный ток.
О том, как обхитрить зарядку и восстановить работоспособность литиевого аккумулятора после глубокого разряда читайте далее.
Как заставить заряжаться?
По сути, восстановление литий ионных аккумуляторов после глубокого разряда сводится к тому, чтобы вернуть его в штатный режим работы. Надо понимать, что потерю емкости это никоим образом не компенсирует (это невозможно в принципе).
Чтобы все-таки заставить слишком хитрое зарядное устройство заряжать наш сильно севший аккумулятор, необходимо сделать так, чтобы напряжение на нем превысило некий порог. Как правило, достаточно 3.1-3.2 Вольта, чтобы ЗУ посчитало ситуацию штатной и разрешило зарядку.
Поднять напряжение на аккумуляторе можно только с помощью сторонней (более глупой) зарядки. В народе это называется «толкнуть» аккумулятор. Для этого достаточно просто подключить к клеммам аккумулятора внешний блок питания, ограничив при этом максимальный ток.
Для наших целей подойдет любое зарядное устройство для сотового телефона. Чаще всего современные зарядники имеют выход в виде USB-гнезда и, соответственно, выдают 5В. Нам осталось только лишь подобрать резистор, ограничивающий ток заряда.
Тогда разница между напряжением источника питания и напряжением на аккумуляторе будет составлять:
Рассчитаем сопротивление токоограничивающего резистора, чтобы ток заряда не превышал 50 мА (этого вполне достаточно для первоначального заряда и в то же время вполне безопасно):
R = 3В / 0.050А = 60 Ом
Теперь узнаем, какова мощность будет рассеиваться на этом резисторе, в случае внутреннего короткого замыкания аккумулятора (тогда на резисторе будет падать все напряжение блока питания):
P = (5В) 2 / 60 Ом = 0.42 Вт
Подойдет источник питания и на другое напряжение, достаточно будет пересчитать сопротивление и мощность ограничительного резистора. И нужно помнить, что в схемах защиты li-ion, как правило, используются полевые транзисторы с небольшим напряжением сток-исток, поэтому брать блок питания с большим выходным напряжением нежелательно.
Если заряд не идет (резистор не греется, а на аккумуляторе полное напряжение блока питания), то либо схема защиты ушла в совсем глубокую защиту, либо она просто вышла из строя, либо имеет место внутренний обрыв.
Тогда можно попробовать снять наружную полимерную оболочку аккумулятора и подключить нашу импровизированную зарядку напрямую к банке. Плюс к плюсу, минус к минусу. Если и в этом случае заряд не пошел, то аккумулятору кранты. Зато если пошел, то нужно дождаться пока напряжение поднимется до 3+ Вольт и дальше можно заряжать уже как обычно (штатной зарядкой).
Несложный способ восстановления работоспособности Li-Ion аккумуляторов от портативных устройств
Привет всем юзерам хабра, сегодня я буду рассказывать про то, как я довольно таки простым методом, восстанавливаю нерабочие Li-Ion аккумуляторы от портативных устройств до того как обзавёлся таким замечательным устройством как Imax B6. Таким методом я восстановил работоспособность уже, наверное, трем десяткам аккумуляторов от разных гаджетов, от фотоаппаратов до MP3 плееров, но я замечу, только восстановил работоспособность, емкость таким образом вернуть не получится, да и лично я не встречал способов вернуть емкость для такого типа аккумуляторов. К слову, емкость, которая останется в аккумуляторе, очень сильно зависит от того сколько аккумулятор пробыл в такой «клинической смерти».
Скажу сразу, данный метод не претендует на что-то из разряда «Вау, это что-то новенькое» но, тем не менее, не все про него знают. Суть данного метода чтобы «толкнуть» аккумулятор.
Вот видео всего процесса:
(информация что ниже будет дублировать информацию, предоставленную в видео)
Для того чтобы попробовать вернуть в жизнь аккумулятору нам понадобиться:
— Блок питания который выдаёт постоянное напряжение от 5 до 12 Вольт;
— Резистор номиналом от 330 до 1000 Ом, рассчитан на мощность 0.5 Вт, а хорошо бы и по мощнее;
— Вольтметр для того чтобы контролировать напряжение (по желанию).
Как правило, большинство блоков питания от Wi-Fi роутеров, свичей и модемов идут с разъемом 2.5 мм, например такой как на фото:
Почти всегда центральный контакт разъема имеет плюс, а боковой минус, и еще, как правило, полярность изображают на самом корпусе блока питания:
Как видно на фото мой блок выдаёт постоянное напряжение 12 В об этом свидетельствует значок посредине между 12V и 2.0A.
Ток блока питания должен быть выше 0.1 А.
Отключаем блок питания от сети чтобы уберечься от короткого замыкания которое может вывести из строя блок, подключаем так, как показано на рисунке, а именно, плюс 12 В к одному концу резистора, а второй конец резистора к плюсу аккумулятора (как правило у аккумулятора указанная полярность, если нету, то нужно как-то узнать где плюс а где минус), минус блока питания подсоединяем к минусу нерабочего аккумулятора.
Смотрим на напряжение если есть такая возможность, оно должно начать потихоньку расти, как только поднимется до 3.3 В то заряжаем уже посредством самого устройства от которого аккумулятор, после этого обязательно нужно следить за температурой аккумулятора на протяжении всего процесса заряда, пробовать рукой не начинает ли он греется, если аккумулятор начнёт быть более чем тёплым или горячим, немедленно вынимаем аккумулятор из устройства, он восстановлению уже не подлежит.
Если же нету возможности смотреть за напряжением, то делаем такую зарядку минуту или две, и вставляем в наше устройство чтобы посмотреть принимает ли оно аккумулятор или нет.
Давайте рассчитаем ток зарядки аккумулятора по Закону Ома (I = U / R) для случая с 12 В блоком питания:
12 В / 330 Ом = 0,036 А(36мА), то есть ток заряда будет 36 мА или же если взять резистор на 1 КилоОм тогда будет 12 В / 1000 Ом = 0,012А (12 мА).
То есть, при 12 В напряжении источника питания, зарядный ток будет составлять 36 мА, это если использовать резистор на 330 Ом, а если резистор взять резистор на 1 КОм, то ток зарядки будет составлять 12 мА.
Для случая с 5-ти вольтовым блоком питания (как правило, это зарядки для смартфонов):
5 В / 330 Ом = 0,015 А(15 мА), то есть ток заряда будет 15 мА или же если взять резистор на 1 КОм тогда будет 12 В / 1000 Ом = 0,005А (5 мА).
Как видим в этом случае ток зарядки, а соответственно и скорость роста напряжения на аккумуляторе будет ниже, по этому для случая с 5 В блоком питания можно взять резистор от 100 Ом, 5 В / 100 Ом = 0,050 А(50мА).
Не советую злоупотреблять токами зарядки(50 мА более чем достаточно для «толчка» аккумулятора) и завышением напряжения выше 4.2 В, в сети есть достаточно видео с возгоранием литиевых аккумуляторов, например вот:
Так что весь процесс восстановления работоспособности аккумулятора должен, проводится только под наблюдением. Нам главное только вывести аккумулятор из того состояния при котором контроллер, что внутри батареи, отключает аккумулятор от нагрузки.
Почему это работает?
Дело в том, что в аккумуляторах от многих портативных устройств есть контроллер, который следит за напряжением на аккумуляторе, если аккумулятор не использовать или же он долго полежит в разряженном состоянии, то контроллер как бы отключает рубильник, который соединяет аккумулятор от контактных площадок к которым подключается устройство.
Делается это то ли для защиты устройства то ли для того чтобы потребитель через некоторое время покупал новую продукцию.
PS Есть ещё один способ которым я давно пользовался, вместо резистора взять компьютерный вентилятор 80х80 мм, правда минимальное напряжение в таком случае будет от 8 В ну а максимальное 16 В, но способ с резистором более проще, да и не у каждого есть вентилятор.
PPS Как говорят люди в комментариях, риск возгорания восстановленного аккумулятора повышается, особенно в момент первой зарядки, ещё раз акцентирую внимание на этом, следите за температурой на аккумуляторе при первой зарядке.
PPPS Не рекомендую восстанавливать очень старые аккумуляторы, которые пролежали в мёртвом состоянии больше чем пол года, так как у них риск возгорания будет ещё выше.
Новое в блогах
Преимущества, которыми обладают литиевые аккумуляторы
При этом, они легче других батарей, работают дольше, и не теряют емкость при отрицательных температурах.
Литиевые батареи и аккумуляторы производятся с разнообразными химическими формулами, что дает разное рабочее напряжение и энергоемкость.
Наиболее распространены:
— Li-MnO2 (батареи с префиксом «CR»).
— Номинальное напряжение: 3В.
— Li-FeS2 (литий-железодисульфидные батареи)
— Номинальное напряжение: 1.5В.
Современные литиевые батареи, призванные заменить традиционные щелочные и солевые батарейки.
Напряжение 1.5В позволяет напрямую вставлять их в приборы, предназначенные для работы с обычными батарейками.
При этом за счет литиевой химии, они обладают преимуществами по сравнению с щелочными батареями и Ni-Mh аккумуляторами:
К недостаткам можно отнести сравнительно высокую цену, но наращивание объемов производства таких батарей с каждым годом сокращает разрыв цены с щелочными батареями, и для работы в устройствах с большим энергопотреблением покупать такие батареи выгоднее, чем щелочные.
— Li-Ion (литий-ионные батареи (аккумуляторы))
— Номинальное напряжение: 3.6-3.7В.
В этих элементах металлический литий заменен на ионы лития, что сделало батарею более безопасной. Эти батареи являются перезаряжаемыми (аккумуляторами).
Однако, литий-ионные аккумуляторы теряют емкость по мере старения, вне зависимости от заряда и количества циклов заряда-разряда. В среднем, это старение составляет около 20-30% в год, и усиливается при высоких температурах.
Сильная электрохимическая активность лития, наряду с огромным энергетическим потенциалом, создает дополнительные инженерные проблемы производителям батарей. Например, литий вступает в сильную реакцию с водой, с образованием щелочи и водорода.
Как известно, водород в смеси с кислородом воздуха, при определенной пропорции смеси, становится взрывоопасным. А тепло, выделяющееся при реакции, может воспламенить эту смесь.
Впрочем, эта проблема присуща также и свинцовокислотным аккумуляторам.
По этой причине все литиевые элементы упаковываются в герметичную оболочку.
Использование незащищенных литий-ионных аккумуляторов не рекомендуется по следующим причинам:
Меры предосторожности при работе с литиевыми аккумуляторами.
Как показывает практика, потребители редко читают инструкцию по эксплуатации батарей и аккумуляторов, и еще реже её соблюдают, надеясь на русский «авось».
И хотя правила эксплуатации литиевых батарей ничем не отличаются от правил эксплуатации щелочных батарей и других аккумуляторов, их соблюдение особенно важно, т.к. несоблюдение может привести к более серьезным последствиям.
Не смешивать бывшие в употреблении и новые батареи; батареи разных типов или производителей.
Не разбирать, не сжигать, не использовать батареи со следами повреждений или протечек.
Прокол элементов или смятие может привести к внутреннему короткому замыканию, с последующим возгоранием и взрывом; Расплавление лития от высокой температуры также приводит к взрыву.
При разгерметизации внутрь элемента может попасть вода или сконденсироваться атмосферная влага, что может привести к реакции с выделением водорода и возгоранию.
Kак взрываются литий-ионные аккумуляторы
Последнее время тема самовозгорания литий-ионных аккумуляторов часто мелькает в заголовках новостей: то смартфон загорится, то ховерборд, а то и автомобиль. Так что же происходит внутри аккумулятора во время термического разгона и почему возникает самовозгорание?
Литий-ионные аккумуляторы состоят из анода и катода, разделённых пористым полимерным сепаратором. Активным материалом катода чаще всего являются оксиды переходных металлов со встроенными в кристалл ионами лития. В аноде обычно используется графит. Электролит, которым залита электрохимическая ячейка, представляет собой органический раствор солей лития. При первой зарядке, производимой фирмой-изготовителем, при встраивании лития в анод на электродах (особенно на аноде) образуется защитный ион-проводящий слой (SEI), состоящий из разложившегося электролита. Этот слой защищает электроды от паразитических реакций с электролитом.
Чаще всего причиной самовозгорания аккумуляторов является короткое замыкание внутри электрохимической ячейки. Электрический контакт между анодом и катодом может возникнуть по многим причинам. Это может быть, например, механическое повреждение ячейки. Ещё внутреннее короткое замыкание возникает из-за нарушения технологии производства при неровной нарезке электродов или попадании металлических частиц между анодом и катодом, что ведёт ко повреждению пористого сепаратора. Также причиной внутреннего короткого замыкания может быть «прорастание» цепочек металлического лития (дендритов) через сепаратор. Такой эффект возникает, если ионы лития не успевают встроиться в кристалл анода при слишком быстрой зарядке или низкой температуре, а также если ёмкость активного материала катода превышает ёмкость анода, в результате чего на поверхности анода появляются микроскопические отложения, которые постепенно растут.
Так как реакции с электролитом экзотермические, температура и давление внутри аккумулятора продолжают повышаться. Когда температура достигает 180-200 °C, материал катода, обычно представляющий из себя оксид переходных металлов со встроенным в кристалл литием, вступает в реакцию диспропорционирования и выделяет кислород. Вот тут-то и происходит самовозгорание и ещё более резкий скачок температуры. Параллельно идёт термическое разложение электролита (200-300 °C), также выделяющее тепло. Выглядит это так:
И, в конце концов, в реакцию с электролитом (если он ещё остался) вступает графит, а когда температура достигает 660 °C, плавится алюминиевый токоприёмник. Выше 900°C температура обычно не поднимается, так как разлагаться уже нечему.
Помимо внутреннего короткого замыкания существуют и другие причины самовозгорания: перегрев аккумулятора, неправильная зарядка/разрядка (превышение максимально допустимого напряжения, зарядка на высоких токах, слишком глубокая разрядка), и т.д. Но все эти причины приводят к одному результату: термическому разгону и разложению электролита при взаимодействии с электродами. Различаются только порядки вышеописанных реакций и их скорость.
Естественно, производители аккумуляторов предусмотрели системы защиты от самовозгорания, и чем больше и мощнее аккумулятор, тем больше степеней защиты он содержит. Одним из видов защиты от небольшого короткого замыкания является пористый сепаратор, который при локальном повышении температуры становится непроницаемым и препятствует, к примеру, дальнейшему росту дендритов внутри аккумулятора. Но иногда температура повышается слишком быстро, и сепаратор просто плавится, в результате чего анод соприкасается с катодом.
Также аккумуляторы оборудованы предохранителями и клапанами, которые при повышении давления и температуры внутри либо отключают электроды от цепи, либо способствуют выходу наружу скопившегося газа. В последнем случае, так как газы легковоспламеняющиеся, при контакте с кислородом снаружи возникает пламя. Пример действия защитных клапанов можно было наблюдать при аварии с участием автомобиля Тесла Model S, где аккумулятор был пробит крупным металлическим предметом. Так как в Тесле клапаны аккумуляторов были направлены вниз на асфальт и отдельные блоки были хорошо изолированы друг от друга, сгорела лишь передняя часть аккумулятора (как сказал Элон Маск, если бы тот же металлический предмет пробил бак с бензином, машины бы сгорела целиком).
Кстати, термическая изоляция отдельных блоков в крупном аккумуляторе очень важна. Если в вышеупомянутом примере аккумулятор Теслы не загорелся полностью из-за хорошей термоизоляции, то в случае аккумулятора на борту Боинга 787 самовозгорание произошло из-за того, что блоки были недостаточно изолированы друг от друга, что привело к перегреву всей системы.
Также литий-ионные аккумуляторы оснащены контроллерами, сенсорами, балансирами заряда, и т.д. Подробнее про системы безопасности аккумуляторов можно почитать тут.
Как видно из этого поста, самый опасный компонент аккумулятора- электролит, который разлагается на легковоспламеняющиеся компоненты при повышении температуры. На сегодняшний день учёные пытаются найти более стабильные альтернативы: ионные жидкости, полимерные электролиты, твёрдотельные керамические электролиты и т.д. Но это-отдельная тема…
Как восстановить гаджет после глубокого разряда аккумулятора
Владельцы смартфонов, планшетов и ноутбуков нередко жалуются, что устройство перестало заряжаться. Основная причина такой неисправности — глубокий разряд аккумулятора. Как своими силами восстановить уснувшую батарею и вернуть гаджету работоспособность?
Когда возникает глубокая разрядка
Обычная разрядка смартфона или планшета считается безопасной для современных литий-ионных (Li-Ion) или литий-полимерных (Li-Poly) аккумуляторов. Главное — поскорее зарядить устройство. Если владелец забудет это сделать и оставит разряженный «в ноль» гаджет на несколько дней, может возникнуть неприятный эффект глубокого разряда.
Обычно при полном разряде устройство всегда оставляет небольшой запас энергии для поддержания работоспособности. Например, смартфон автоматически выключится, если его батарея опустеет на 96-97%. Несколько повторных включений без подзарядки способны снизить неприкосновенный запас до нуля.
Эффект глубокого разряда возникает, когда устройство автоматически выключилось на уровне индикации батареи 0%-1% и затем пролежало в таком состоянии несколько дней без зарядки. В результате контроллер внутри аккумулятора отключает электронную схему разрядившейся батареи.
По замыслу разработчиков, такой спящий аккумулятор должен заработать сразу после подключения зарядного устройства. На практике батарея часто не желает просыпаться, экран гаджета может демонстрировать значок полного разряда, а смартфон или планшет отказываются заряжаться.
Как реанимировать разрядившийся гаджет
Если устройство отказывается включаться после глубокой разрядки, его работоспособность вполне можно восстановить самостоятельно, без привлечения специализированного сервиса. Скорее всего, нужный для реанимации гаджета способ придется искать методом перебора, так как основных рекомендаций несколько.
Сначала эксперты советуют подключить разряженный смартфон или планшет к родной зарядке и оставить на несколько часов. Аккумулятор продолжительное время обслуживается минимальным зарядным током, после чего его работоспособность обычно восстанавливается до допустимых показателей, начинается нормальная зарядка.
Если данный способ не помогает, следует несколько раз подряд принудительно перезагрузить устройство с включенной в розетку зарядкой. На смартфонах и планшетах разных марок варианты жесткой перезагрузки сильно отличаются, поэтому желательно найти соответствующую инструкцию. Например, на большинстве планшетов нужно одновременно нажать кнопку включения и клавиши громкости.
Еще один способ — подать на аккумулятор повышенное напряжение от специального источника питания. Подзарядка высокими токами для восстановления чаще всего используется работниками сервисов, однако если подходящий источник есть дома, можно попробовать на свой страх и риск. Подаваемое напряжение не должно превышать 4 вольт, иначе гаджет сгорит.