リチウム電池の充電回路。リチウムイオン電池: 正しい充電方法

18.09.2023

最新のほとんどすべてのリチウムイオン電池は、優れたエネルギー容量と、非常にコンパクトな寸法を備えています。これらの助けを借りて、最高の効率で高出力デバイスに電力を供給することができます。そして、このために、店で既製の充電器を購入する必要はまったくありません。アマチュア無線家が特に好む、より予算に優しいオプションがあるからです。それは、自分の手でリチウムイオン電池用の充電器を組み立てることです。

注意事項：過充電は厳禁です

バッテリー用バッテリーの組み立てを開始する前に、1つの簡単な事柄を覚えておくことが非常に重要です - リチウムバッテリーは再充電が固く禁じられています。充電モードと動作には非常に厳しい要件があるため、4.2 V を超える電圧で充電することはできません。個々の缶の安全しきい値に関する情報に従うことをお勧めします。ちなみに、そこにはさらに低いしきい値が示される場合もありますが、この例では許容されると考えられます。

リチウム電池の充電を自分で行う場合は、使用されている材料や機器を何度も確認した方が良いでしょう。電圧計の測定値の精度や缶の起源、および充電の最大許容電力に疑問がある場合は、しきい値をさらに低く設定することをお勧めします。最適な範囲は 4.1 ～ 4.15 V です。この場合、保護ボードが組み込まれていないバッテリーを充電しても安全です。

そうしないと、缶が強く加熱されて膨張し、強い不快な臭いを伴うガスが大量に放出され、さらには爆発が起こる可能性が高くなります。組み立てと充電を進める前に、すべてを数回確認してください。

リチウム充電器の組み立て方 DIYバッテリー

最も単純ではないにしても、充電器を作成するための最も単純なオプションの 1 つ。これには、LM317 チップの使用が含まれます。安価で広く入手可能であり、さらに充電インジケーターが装備されています。

セットアップは、トリミング抵抗 R8 を使用して出力電圧を 4.2 ボルトに設定することになります。バッテリーを接続しないように注意してください。充電電流も抵抗 R4 と R6 を選択することによって設定されます。抵抗器 R1 の推奨電力は少なくとも 1 ワットである必要があります。

回路上の LED が消えると、バッテリーの充電プロセスが完了したことを示します。この場合、充電電流がゼロになることはありません。

LM317 タイプのマイクロ回路は、その類似品と同様に、あらゆる種類の電流および電圧安定化装置で非常に広く使用されています。同時に、ラジオ市場でも購入でき、価格はわずか 1 セントです。

回路の欠点は、電源電圧が8〜12 Vでなければならないことであると考えられます。これは、マイクロ回路が正常に機能するには、オートマチックトランスミッションの電圧と電源電圧の差が大きくなるという事実によるものです。少なくとも 4.25 V である必要があります。つまり、USB ポートを使用してデバイスに電力を供給することはできません。

自分の手でリチウム電池の充電を回収する手順は次のとおりです。

適切なケースを選択します。
電源 (5 V) と指定された回路の要素をそれに接続します (必ず正しい順序で)。
真鍮を取り出し、そこから2つのストリップを切り出し、ソケットに取り付けます。
ナットを使用して、接続する接点とバッテリーの間の距離を設定します。
後でソケットの極性を変更できるようにしたい場合は、スイッチを取り付けます (そうでない場合は、すべてをそのままにしておきます)。

ただし、18650バッテリーで動作するように設計された充電器を組み立てることがタスクの場合は、すぐにより複雑な回路に進むか、既製のデバイスを購入する必要があります。適切な技術スキルがなければ、ユニットを組み立てることはできません。もう少しお金をかけたほうが簡単な場合もありますが、必要なパラメータと保護機能を備えた工場出荷時の充電器を使用してください。

リチウムイオン電池の充電器を自分の手で組み立てるにはどうすればよいですか？

リチウムイオン電池は充電中の突然の電圧に弱いため、ブランドの電池には特別なチップが組み込まれています。これらは電圧制御を提供し、許容限界を超えることを許可しません。したがって、18650 リチウム電池用の充電器を自分の手で組み立てるには、上で説明したものよりも複雑な回路が必要です。

このバージョンのバッテリーは、以前のものよりも作成がはるかに難しく、家庭では特定のスキルと関連する経験がある場合にのみ可能です。理論的には、ブランドのバッテリーに比べて特性がまったく劣らない充電器を入手できます。しかし実際には、これが常に当てはまるわけではありません。

廃材を使って自宅で充電器を組み立てたことはありますか? コメントで結果について教えてください。

電池

リチウムイオン 18650 バッテリーを充電するにはどのような電流を使用すればよいですか? そんなバッテリーの正しい使い方。リチウムイオン電源は何を恐れるべきでしょうか?また、そのようなバッテリーはどのようにして耐用年数を延ばすことができるのでしょうか? 同様の疑問は、さまざまなエレクトロニクス業界でも発生する可能性があります。

そして、初めての懐中電灯や電子タバコを自分の手で組み立てることに決めた場合、そのような電流源を扱うための規則を必ずよく理解しておく必要があります。

リチウムイオン電池は、1991 年に SONY が市場に導入して以来、現代の家庭や電子機器に広く普及している電池の一種です。このようなバッテリーは、携帯電話、ラップトップ、ビデオカメラの電源として、また電子タバコや電気自動車の電源として使用されます。

このタイプのバッテリーの欠点は、第一世代のリチウムイオンバッテリーが市場で爆発的に売れたという事実から始まります。文字通りだけでなく、比喩的にも。これらの電池は爆発しました。

これは、内部にリチウム金属アノードが使用されていたという事実によって説明されます。このような電池を何度も充電および放電する過程で、アノードに空間形成が発生し、電極の短絡を引き起こし、その結果、火災または爆発が発生しました。

この材料がグラファイトに置き換えられた後、この問題は解消されましたが、酸化コバルトで作られた陰極では依然として問題が発生する可能性があります。動作条件に違反した場合、または再充電した場合、問題が再発する可能性があります。これはリン酸鉄リチウム電池の導入により修正されました。

最新のリチウムイオン電池はすべて過熱や過充電を防止しますが、デバイスの使用時に低温で充電が失われるという問題は依然として残ります。

リチウムイオン電池の否定できない利点の中で、次の点に注目したいと思います。

高いバッテリー容量。
自己放電が少ない。
メンテナンスの必要はありません。

純正充電器

リチウムイオン電池の充電器は、鉛酸電池の充電器と非常によく似ています。唯一の違いは、リチウムイオンバッテリーの各バンクの電圧が非常に高く、電圧許容要件がより厳しいことです。

このタイプの電池は、外観がアルミニウム飲料缶に似ているため、缶と呼ばれます。この形状の最も一般的なバッテリーは 18650 です。このバッテリーは、直径 18 ミリメートル、高さ 65 ミリメートルという寸法によりこの指定を受けました。

鉛蓄電池の場合、充電中の制限電圧の表示に多少の誤差が許容される場合でも、リチウムイオン電池ではすべてがより正確になります。充電プロセス中に電圧が 4.2 ボルトに増加すると、要素への電圧の供給が停止されます。許容誤差はわずか 0.05 ボルトです。

市場で販売されている中国製の充電器は、さまざまな材料で作られたバッテリー用に設計されています。リチウムイオンは、その性能を損なうことなく、0.8 A の電流で充電できます。この場合、バンクの電圧を非常に注意深く制御する必要があります。 4.2 ボルトを超える値を許可しないことをお勧めします。バッテリーとのアセンブリにコントローラーが含まれている場合は、何も心配する必要はありません。コントローラーがすべてを行ってくれます。

リチウムイオン電池にとって最も理想的な充電器は、充電開始時の電圧安定器と電流制限器です。

リチウムは、充電の開始時に安定した電圧と制限された電流で充電する必要があります。

手作り充電器

18650を充電するには、ユニバーサル充電器を購入すれば、マルチメーターで必要なパラメータを確認する方法を心配する必要はありません。しかし、そのような購入にはかなりの費用がかかります。

このようなデバイスの価格は約 45 ドルになります。ただし、2〜3時間かけて自分の手で充電器を組み立てることはできます。さらに、この充電器は安価で信頼性が高く、バッテリーが自動的にオフになります。

今日、充電器を作成するために使用する部品は、すべてのアマチュア無線家が入手できます。必要な部品を手元に持っているアマチュア無線家がいない場合は、無線市場ですべての部品を 2 ～ 4 ドル以内で購入できます。正しく組み立てられ、慎重に設置された回路はすぐに動作を開始し、追加のデバッグは必要ありません。

18650 バッテリーを充電するための電気回路。

さらに、スタビライザーを適切なラジエーターに取り付けると、充電器が過熱して発火する心配がなく、バッテリーを安全に充電できます。中華製の充電器については同じことが言えません。

このスキームは非常に簡単に機能します。まず、バッテリーは抵抗器 R4 の抵抗値によって決まる定電流で充電する必要があります。バッテリーの電圧が 4.2 ボルトになった後、定電圧充電が始まります。充電電流が非常に小さい値に低下すると、回路内の LED が点灯しなくなります。

リチウムイオン電池の充電に推奨される電流は、電池容量の 10% を超えないようにしてください。これにより、バッテリーの寿命が長くなります。抵抗 R4 の値が 11 オームの場合、回路内の電流は 100 mA になります。 5 オームの抵抗を使用する場合、充電電流は 230 mA になります。

18650 の寿命を延ばす方法

分解したバッテリー。

リチウムイオン電池をしばらく使用しないままにしておく必要がある場合は、電池を電力を供給するデバイスとは別に保管することをお勧めします。完全に充電された要素は時間の経過とともに一部の電荷を失います。

要素がほとんど充電されていないか、完全に放電されている場合、長期間の休止状態の後にその機能が永久に失われる可能性があります。 18650 は約 50 パーセントの充電レベルで保管するのが最適です。

素子を完全に放電させたり、過充電させたりしないでください。リチウムイオン電池にはメモリー効果がまったくありません。このようなバッテリーは、充電が完全になくなるまで充電することをお勧めします。これにより、バッテリーの寿命を延ばすこともできます。

リチウムイオン電池は暑さや寒さを嫌います。これらのバッテリーの最適な温度条件は摂氏 +10 ～ +25 度の範囲になります。

寒さは要素の動作時間を短縮するだけでなく、その化学システムを破壊する可能性があります。寒さの中で携帯電話の充電レベルが急速に低下することに誰もが気づいたと思います。

結論

以上をまとめると、市販の充電器を使ってリチウムイオン電池を充電する場合は、中国製ではないことに注意してください。多くの場合、これらの充電器は安価な材料で作られており、必要な技術に必ずしも準拠していないため、火災という望ましくない結果を引き起こす可能性があります。

自分で組み立てる場合は、リチウムイオン電池を電池容量の10％の電流で充電する必要があります。最大値は 20 パーセントですが、この値はもはや望ましいものではありません。

このようなバッテリーを使用する場合は、過熱や故障などによる爆発の可能性を排除するために、操作および保管の規則に従う必要があります。

動作条件と規則を遵守することで、リチウムイオン電池の寿命が延び、その結果、不必要な経済的コストを節約できます。バッテリーはあなたのアシスタントです。彼女の世話をします！

リチウム電池の充電の特徴と充電器

現代人は多くの電子機器を使用しています。これは、ラップトップ、携帯電話、タブレット、カメラなどです。これらのデバイスのほとんどはリチウム電池で動作します。結局のところ、モバイルデバイスだからこそ大切にしているのです。ただし、携帯性を高めるためには、常にバッテリーを充電する必要があります。これを行うには、リチウム電池充電器が必要です。ほとんどの場合、充電器はデバイス自体に付属しています。これはラップトップまたは携帯電話用の電源アダプタと同じです。もちろん、充電には標準の充電器を使用するのが理想的です。しかし、紛失したり破損したりした場合はどうすればよいでしょうか。適切な充電器を選択する必要があります。何を考慮すべきかについては、この記事で説明します。

一般に、充電器の出力電圧は 5 ボルト、電流の値は (0.5─1)*Cn に相当する必要があります。 CH はバッテリーの公称容量です。たとえば、容量が 2200 mAh のリチウム電池の場合、充電により 1.1 アンペアの電流が生成されます。

信頼できるメーカーのほとんどの充電器は、Li バッテリーをいくつかの段階で充電します。第 1 段階は、0.2 ～ 1 C の定電流値と 4.1 ～ 4.2 V の電圧で発生します (ここでは、要素またはジャーごとの電圧を意味します)。この段階は約 40 ～ 50 分かかります。第 2 段階は定電圧で実行されます。充電プロセスを高速化するためにパルスモードを使用するデバイスがあります。グラファイトシステムを備えたリチウムイオンシステムの場合、電圧はセルあたり 4.1 ボルトに制限されなければなりません。

4.1 ボルトより高い電圧を使用すると、バッテリーのエネルギー密度を高めることができます。しかし同時に酸化反応が始まり、バッテリーの寿命が短くなります。後のモデルでは、この問題は添加剤によって修正されました。また、充電中の電圧は、要素ごとに 0.05 の偏差で 4.2 ボルトまで増加できます。

産業用および軍事分野用のリチウム電池について話す場合、その充電器は 3.9 ボルトの電圧をサポートします。これにより、長い耐用年数と信頼性が保証されます。

充電器が 1C の電流を生成する場合、バッテリーは約 2 ～ 3 時間で充電されます。満充電になり、電圧がカットオフ値に達すると、電流は急激に減少し、元の値の数パーセントになります。

充電電流が増加しても、充電時間は実質的に短縮されないことは言うまでもありません。電流が高くなると、プロセスの第 1 段階での電圧の上昇が速くなりますが、この場合の再充電の第 2 段階では時間がかかります。

リチウム電池を約1時間で充電できる充電器もあります。このリチウム電池用充電器には第 2 段階がなく、第 1 段階の完了後にバッテリーを使用できるようになります。バッテリーの充電レベルは 70% になります。ただし、リチウム電池の性質上、これは重要ではありません。

上のグラフでは、Li バッテリーの充電の 3 つの段階がわかります。

初め。可能な最大 (1C) 充電電流がバッテリーに流れます。この段階は、電圧がしきい値まで増加すると終了します。
2番。電圧は最大値 (4.1 ～ 4.2 ボルト) のままで、充電電流は元の値の 3% に減少します。
三番目。保管中の補填料金（約20日に1回）。

保管段階では、リチウム電池のトリクル充電は、Li の金属化につながるため不可能です。ただし、直流で短期間再充電すると、充電の損失が補われます。この充電は、セル電圧が 4.05 ボルトに低下したときに実行する必要があります。充電プロセスは 4.2 ボルトで停止します。

そしてもう一つ重要な点。リチウム電池セルは過充電に対して非常に敏感です。わずかな再充電でも、負極の表面でリチウムの金属化が始まります。非常に活性が高く、電解質と相互作用します。カソードでの反応の結果、酸素が放出され、圧力が上昇します。その結果、要素の減圧、発火、さらには小規模な爆発が発生する可能性があります。

また、充電電圧を超え続けるとリチウム電池の寿命が短くなります。したがって、ほとんどのリチウム電池には、セル自体に加えて保護基板があります。

ボードは、電圧の下限と上限に従って、要素の充電および放電のプロセスを制御します。温度センサーは、摂氏 90 度で素子をオフにするためによく使用されます。一部の種類のバッテリーには、ケース内の圧力が一定の限界を超えて上昇すると開く機械式バルブが付いています。

例外もあります。たとえば、マンガンを含む電池にはそのような保護がありません。マンガンは、アノードでの金属化と酸素の生成を強力に阻害します。したがって、そのような保護は必要ありません。

充電器を選択するときは、これらすべてを念頭に置く必要があります。コントローラーを使用せずにリチウム缶を直接充電する場合は、電圧を常に監視する必要があります。ただし、自動制御付きのデバイスを使用するか、保護ボードを介してバッテリーを充電する方がはるかに優れています。

さまざまなガジェットの充電器

スマートフォンのバッテリー用充電器

携帯電話の標準充電器を紛失した場合は、「カエル」が助けてくれます。これは最も一般的なデバイスの 1 つです。突撃はその特徴的な形状からその名前が付けられました。

これ以上に使いやすいものはありません。充電器には、幅を調整できるプラスとマイナスの 2 つの接点があります。充電するバッテリーに適した位置に取り付ける必要があります。次にバッテリーを端子が当たるように挿入し、上部のクランプバーで固定します。当然のことですが、取り付けの際には極性に注意する必要があります。次に、デバイスを 220 ボルトのコネクタに挿入し、インジケーターがプロセスの終了を示すまで充電します。

おそらく多くの人がコントローラーなしでリチウムイオンバッテリーを充電するのに問題を抱えていると思いますが、私もこの状況に陥りました。故障したノートパソコンを受け取りましたが、バッテリーには SANYO UR18650A の缶が 4 つ生きていました。
LED懐中電灯を単4電池3本と交換することにしました。充電について疑問が生じました。
インターネットで調べてみると、たくさんの図が見つかりましたが、私たちの街では詳細が少しわかりにくいです。
携帯電話の充電器から充電しようとしました。問題は充電制御にあります。常に加熱を監視する必要があります。加熱し始めたばかりです。充電を切断する必要があります。そうしないと、最悪の場合バッテリーが損傷します。火を起こすことができます。
自分でやろうと決めました。お店でバッテリー用のベッドを購入しました。フリーマーケットで充電器を購入しました。充電の終了を簡単に追跡できるように、充電の終了を知らせる 2 色の LED を備えたものを見つけることをお勧めします。充電が完了すると赤から緑に変わります。
ただし、通常のものを使用することもできます。充電器をUSBコードに交換し、パソコンやUSB出力のある充電器から充電することができます。
私の充電器はバッテリー専用でコントローラーは付いていません。古い携帯電話のバッテリーからコントローラーを取り出しました。これにより、バッテリが 4.2 V を超える電圧で過充電されたり、2 ～ 3 V を下回る電圧で放電されたりすることがなくなります。また、保護回路は、短絡の瞬間にバンク自体を消費者から切断することで短絡を防ぎます。
これには、DW01 チップと 2 つの SM8502A MOSFET トランジスタ (M1、M2) のアセンブリが含まれています。他のマークもありますが、回路はこれと似ており、同様に動作します。

携帯電話のバッテリー充電コントローラー。

コントローラー回路。

別のコントローラー回路。
重要なことは、コントローラーをベッドに半田付けするときと、コントローラーを充電器に半田付けするときの極性を混同しないことです。コントローラーボードには「+」と「-」の接点があります。

極性の反転を避けるために、赤いペイントまたは粘着フィルムを使用して、ベッドのプラス接点近くに明確に見えるインジケーターを作成することをお勧めします。
すべてをまとめてみたらこうなりました。

料金は素晴らしいです。電圧が 4.2 ボルトに達すると、コントローラーはバッテリーの充電を切断し、LED が赤から緑に切り替わります。充電が完了しました。別のベッドを使用するだけで、他のリチウムイオン電池を充電できます。皆さんお元気で。

以来、「リチウムイオン電池の充電回路」というリクエストでサイトのページにアクセスする数が大幅に増加しました。これらのリクエストの大半を 1 日に言うこともできます。したがって、情報需要を満たすために、このトピックについては別のセクションを割きます。

まず、3.7 ボルトのリチウムイオン電池の最も単純な充電回路を紹介します。電源は 5 ボルトで、この回路では USB コンピュータ、5 ボルト DC アダプタ (携帯電話の充電器など)、または低電力太陽電池から供給されます。充電器の電力は約 1 アンペアであると想定されます。

回路の頭脳と心臓は MCP73831 マイクロチップです。ラジオ店で入手または購入するのは非常に簡単です。平均価格はアメリカの常緑樹約1.5〜2本です。リンクを介して中国人に注文すると、10 個あたりわずか 3.88 ドルです。 MCP73831 は、限られた基板スペースで使用するための充電コントローラシリーズの中で安価なマイクロチップの 1 つです。 MCP73831 のデータシートは、次の場所で参照できます。このチップは定電流/定充電アルゴリズムを使用しています。また、バッテリーが完全に充電されると充電を停止します。

一般的な図は次のとおりです。

商業用途で使用されるバッテリーの中で最高のエネルギー密度を誇るため、ポータブル電子機器で人気があります。利点は、何千回も充電できることと、電池とは異なり「」が発生しないことです。ただし、リチウムイオン電池は、定電流と定電圧を注意深く制御して充電する必要があります。リチウムイオン電池の過充電や不注意な取り扱いは、バッテリーの損傷や動作の不安定を引き起こす可能性があります。

したがって、すでに述べたように、充電電流は約 1 アンペアである必要があります。供給電圧は 5 ボルトを超えてはなりません。充電器ボードの推定寸法はそれほど大きくなく、約 25 x 19 x 10 mm です。

必要な要素はすべて図に示されています。ミニ USB ソケットは 5 ボルトのレシーバーとして機能しますが、想像力は制限されません。少なくとも 5 V アダプターからのワイヤーを直接はんだ付けすることはできます。

電流計は +5 V 入力にのみ接続できます。
入力電圧がまだわずかに高い場合、充電電流もそれに応じて大きくなります。しかし、MCP73831 マイクロチップが出力の過剰電圧を遮断するため、これは問題ありません。
また、バッテリー電圧が 3.7 V に達すると、マイクロ回路は充電を停止します。
充電電流は、充電されるバッテリーの容量の 35 ～ 37% であることが最適です。つまり、バッテリーの定格が 1000 mA の場合、充電電流は約 400 mA になるはずです。

はんだ付け用の既製スカーフ:

完成したリチウムイオン電池充電器ボードはこんな感じです。

寸法は約 25 x 19 x 10 mm である必要があることに注意してください。

回路の設計と組み立ては非常に簡単で、組み立ては難しくありませんが、ご想像のとおり、この回路は中国人からわずか 2 ドルで購入できることをお知らせする必要があると思います。

たとえば、ネオジム磁石を使用して電池缶自体を固定することもできます。また、缶電池の接点を取り付けるための他のオプションもご覧ください。

以上です。すぐに他のバランス充電器の回路を紹介します。