Попалась на глаза заметка в бздене о «правильных» зарядках для литиевых батарей, неких "принципах" неких "отличиях" и почему нельзя использовать «неправильные». Не мое дело судить, но у меня представление автора о «правильности» вызвало удивление. Я узнал про некие два этапа, что контроллер заряда сначала подает максимальный постоянный ток, потом удерживает постоянное напряжение, а ток в это время плавно снижается…
Хрень какая-то. С чем можно согласиться в этой статье, так это только с необходимостью балансировки элементов батареи. Остальные утверждения достаточно спорные, это и заставило меня довести до читателей и другое мнение. Слава богу в той статье ничего не говорилось о методах балансировки, поэтому и я пропущу эту проблему - кума с возу. Ну и, конечно, должен заметить, узнать чужое, но иметь свое мнение - это самое лучшее. Однако для этого надо что-то делать.
Сначала об основах, без которых все советы будут впустую. Литиевые батареи с их высокой удельной плотностью энергии до сих пор остаются самыми опасными бытовыми батареями, изобретенными человеком. Много публикаций о «революционных» конструкциях новых безопасных батарей лишь подтверждают истину об их опасности. Не даром запрещены перевозки партий батарей воздушным транспортом, а некоторые авиакомпании запрещают провоз батарей повышенной емкости, которые на смеси французского с нижегородским называют у нас повербанками. Слава богу не консервбанками. Ужас, что творят с русским языком "дэффективные манагеры". А это всего лишь внешние источники питания.
Литиевые элементы достаточно капризны. Стабильно работают, если их не перезаряжать выше 4.1В на элемент и не разряжать ниже напряжения 2.7В на элемент. Заряд до напряжения 4.2В добавляет немного времени работы устройствам, которые батарея питает, но и забирает от срока службы. Для хранения батареи рекомендуют остаточное напряжение около3.5В на элемент. При снижении заряда на элементах ниже 2.7 В емкость батареи необратимо уменьшается. Если, в добавок, на производстве нарушают технологии сборки, жди что батарея распухнет как насосавшийся клоп. Распухнет она и от перезаряда, когда напряжение превысит величину 4.2 В, а заряд не будет прекращен. Мало кто из производителей предупреждает хозяев устройств, имеющих внутри литиевые батарейки – не забывайте подзаряжать заброшенные или временно ненужные игрушки, телефоны, фотоаппараты и пр.
Теперь о токе заряда и о зарядках. Ток заряда определяется конструкцией элемента. Поскольку конструкцию знает только производитель, то и ток заряда требуется узнавать у него. Наиболее распространенный ток заряда для элементов старых конструкций 0.25…0.5 С, где С (Capacity) это емкость ЕДИНИЧНОГО элемента. Элементы могут соединять в батареи как параллельно, последовательно, так и параллельно-последовательно. Не зная тип соединения вы не сможете выбрать правильный ток заряда. Часто батареи упакованы так, что невозможно понять способ соединения элементов без нарушения упаковки. Модернизированные элементы двухслойной технологии допускают больший зарядный ток. Кроме того, обычно больший ток допустим для элементов с большой поверхностью теплоотдачи.
Первые литиевые элементы содержали терморезистор, обычно величиной 10 кОм при температуре 20оС, по сопротивлению которого первые устройства, питающиеся от этих батарей, прекращали заряд во избежание перегрева. Такие конструкции элементов питания содержали 3 вывода для подключения к прибору. Вывод терморезистора был, как правило, средний.
Развитие электронных систем слежения за зарядом привело к появлению контроллеров заряда. Контроллер заряда – микросхема, обычно включающая источник зарядного тока с выводами для подключения литиевого элемента, вывод для подключения резистора, программирующего ток заряда и вывод для светодиодного индикатора окончания заряда. (рис.1).
Рис1. Подключение контроллера заряда к литиевому элементу.
Внутри контроллер содержит компараторы напряжения, следящие за величиной минимально и максимально допустимого напряжения на элементе. За пределами этих величин либо прекращается заряд при достижении верхнего порога, либо он вообще не разрешается, если напряжение ниже допустимой величины. Размыкание цепи заряда производится ключевыми транзисторами. В маломощных устройствах это встроенные транзисторы, в мощных зарядниках – внешние, размещаемые иногда на теплоотводах. Размером нынешние маломощные контроллеры - со спичечную головку (корпус SOT23- 6). Они в состоянии обеспечить зарядный ток до 0.5А. В универсальных зарядках обычно ток заряда имеет именно такую величину, какой бы элемент ни заряжали.
Тут впору дать жульнический совет. Литиевые элементы, разряженные ниже порогового значения, определяемого настройкой компаратора контроллеров заряда, зарядить не получится - контроллер не разрешит. Чтобы его обмануть, нужно от посторонней батарейки или регулируемого блока питания подать на короткое время (минуту-две) напряжение выше порога 2.7В. Когда напряжение вырастет вольт до 3-х, заряд от штатного зарядника станет возможным.
Дальнейшим развитием зарядных устройств стали «умные» зарядные устройства. Причина их появления – необходимость передачи повышенной энергии в элементы питания современных телефонов и планшетов, пожирающих огромное количество электричества. Назвали такие устройства быстрыми зарядками. Не очевидной проблемой появления быстрых зарядок явились провода и разъемы для подключения зарядных устройств. Провода не желали пропускать токи более 2 А, да и разъемы, глядя на них, тоже отказались. Ну провода можно припаять и потолще, а вот разъемы – только те что есть.
Вывод какой: нельзя пропустить ток, а напряжение-то можно? Казалось бы , найдено решение, но и тут есть проблема. Безопасным считается напряжение до 60В. Но это всё равно больше чем ничего, точнее больше чем 5В для USB – интерфейсного разъема компьютера. Разработчики новых зарядных устройств оснастили их интерфейсом передачи данных (обычно это CAN - Controller Area Network, используется в самолетах, автомобилях и пр.) и регулируемым источником питания, способным программировать напряжение заряда по сигналам потребителя. Потребитель на своей стороне понижает полученное напряжение до требуемой ему величины. Что вышло? Раньше можно было передать не больше 10Вт мощности (5В * 2А), а теперь 120 Вт (60В*2А) все по тому же проводу от зарядки к планшету. Теперь умный планшет или телефон сам "заказывает" у зарядки напряжение, которое ему необходимо для заряда встроенной батареи или элемента. Остальные преобразования - проблемы телефонов и планшетов.
От опасности повреждения высоким напряжением "безмозглых" потребителей, умные зарядки защитили не самым умным образом – оставили им 5 В выходного напряжения, но ограничили ток до 1 А. Те пользователи, которые клюнули на рекламу 120 Вт ЗАРЯДКА, НАЛЕТАЙ, ХВАТАЙ, схватили и поняли – надувательство. Продавец не только не сказал, что кому попало покупать это не стоит, но еще и умолчал, что протоколы обмена данными у разных зарядок и у разных планшетов и телефонов могут не совпадать. Жулье? Безусловно. Но у них задача продать. А покупатель получает "кирпич" – вместо обещанных, например, 45 или 60Вт, всего 5Вт (5В при 1 А).
Некоторые покупатели решили, что они умнее продавцов. Думают так. Чтобы получить мощность, зарядка должна иметь трансформатор побольше. Я ее взвешу, тяжелую куплю, лёгкую нет. Ага, щас. Продавцы умнее. Пишут большую цифру мощности, но продают за копейки. Обрадовался выгоде, схватил копеечную, взвесил, открыл – а внутри к корпусу приклеен толстенный стальной брусок, конечно для обеспечения заявленной мощности. Внутрь за "копейку" обычно установлен преобразователь 230/5В, 1.5А.
Какие выводы можно сделать из материала, приведенного выше. Не читайте советов от кого попало. Попадете впросак. Нынче, чем можно заряжать или чем нельзя заряжать, однозначного ответа нет. Единственный способ обезопасить себя – читать и следовать инструкции на купленное оборудование. Любая замена это риск, если ты балбес в этой теме.
Минимальный риск – заряд литиевого элемента от источника 5В или USB разъема компьютера. . Интерфейс этого стандарта предусматривает напряжение питания 5В. А вот ток уже определяет конструкция компьютера. Тут его величина редко превышает 2А.
Есть и ограничение. Если элемент не содержит вообще никаких ограничителей зарядного тока, это не допустимо. Вы же не будете сидеть час или два, щупать температуру и ежесекундно измерять напряжение на элементе, чтобы определить степень заряда. Если же есть встроенный контроллер заряда (его видно через майларовую пленку рядом с выводами), заряд возможен. Замечу, что для заряда литиевых элементов некоторых игрушек (вертолетики, коптеры и пр) продавцы кладут в комплект специальные зарядки, питающиеся от USB адаптеров 230В/5В, в которые ВСТРОЕНЫ КОНТРОЛЛЕРЫ ЗАРЯДА. Поэтому литиевые элементы игрушечных коптеров не содержат никаких схем управления зарядом. К большому сожалению и за разрядом тут следить некому.
Заряд литиевых батарей это отдельная длинная песня. На рис. 2, взятой из картинок яндекса, приведены некоторые конструкции котроллеров заряда для батарей различной конфигурации и емкости. В продаже их можно найти, например, на озоне. Приходится сталкиваться с ремонтом батарей бытовых приборов. Если вы рискнули разобрать батарею и не обнаружили на ней контроллеров заряда, велика вероятность, что неисправность возникла по этой причине. Добавив контроллер можно существенно продлить срок ее службы.
Я не ставил себе целью писать учебники и статьи. Задела безапелляционность аффтора статьи о «правильном» заряде. Впрочем, несколько именно советов, рискну дать. Не для применения, но для размышления.
Рис.2 Контроллеры заряда для батарей и одиночных элементов
Многие приборы содержат внутри литиевые батареи. Это могут быть шуруповерты, мойки высокого давления, пылесосы и пр. утварь. Часто батареи выглядят очень похоже, но эта "похожесть" обманчива, напряжение у них может рзличаться.
Зарядку можно тупо потерять. Если не можете определить, сколько элементов в батарее – не рискуйте подключать какую попало. Ищите оригинал или идите к знающим предмет людям. Напряжение батареи рассчитывайте умножением 4.2В на кол-во элементов, соединенных последовательно. Зарядка обычно выдает для такой батареи напряжение на пару –тройку вольт больше. Если количество последовательно соединенных элементов совпадает с напряжением, выдаваемым зарядкой, следующий вопрос – соотношение емкости батареи вашего прибора и мощности имеющейся зарядки. Если и тут повезло и зарядка примерно от батареи такой же емкости, остается только убедиться что и разьемы имеют правильную полярность. Плюс зарядки и плюс батареи должны совпасть.
Зарядные устройства имеют свои ограничители тока заряда, а специализированные, предназначенные именно для заряда литиевых батарей, обычно имеют и индикаторы окончания заряда. Контроллеры заряда, установленные на батареях, в этом случае совершенно не лишняя ненужная деталь, а очень полезное дополнение. Если чужая зарядка слабовата, просто придется чуть дольше посидеть покурить. Последний совет – на советы надейся а сам не плошай.