Схема зарядного устройства для Li-Ion аккумуляторов

Таймер 555

Как известно, литий-ионный аккумулятор необходимо заряжать в контролируемых условиях, если его заряжать обычным зарядным, то это может привести к повреждению или даже взрыву батареи.

Кроме того литий-ионные аккумуляторы не любят излишек заряда, после того, как напряжение достигает верхнего порога, напряжение заряда должно быть снято.

Рассматриемая здесь схема зарядного устройства отвечает вышеуказанным условиям, и подключенный аккумулятор никогда не будет перезаряжен.

В данной схеме таймер 555 используется в качестве компаратора, при соответствующих настройках его контакты 2 и 6 являются входами для контроля нижнего и верхнего порога напряжения.

Рис.1 Схема зарядного устройства для Li-Ion аккумуляторов

Вход 2 контролирует порог напряжения низкого уровня заряда, а также инициирует высокой уровень сигнала на выводе 3 микросхемы в случае, если уровень напряжения падает ниже установленного предела.

Вход 6 контролирует верхний порог напряжения и устанавливает на выходе 3 низкий уровень сигнала, если уровень контролируемого напряжения станет выше установленного предела .

Рассмотрим работу схемы: предположим, что полностью разряженный литий-ионный аккумулятор (на уровне около 3.0V) подключен ко входу зарядного устройства. Если предположить, что порог отключения установлен на уровне 3.2 В, то на выводе 3 появится высокий уровень напряжения, транзистор откроется и аккумулятор начнет заряжаться.

Как только батарея достигает полного заряда 4.2 В (на это значение настроен вход 6 микросхемы), на выходе 3 появится напряжение низкого уровня, батарея будет отключена от цепи заряда.

Наличие транзисторного каскада обеспечивает возможность зарядки большим током.

Трансформатор должен быть выбран с напряжением не более 6 В и расчитан на ток не менее 1/5 емкости аккумулятора.

Настройка. Для настройки вместо аккумулятора подключают регулируемый источник постоянного напряжения. Переменный резистор R5 настраиваем отключения зарядного устройства. С помощью него следует установить порог отключения лог.»1″ на выходе DA1 равным 4,2 В. Аналогичным образом регулируют сопротивление переменного резистора R2, в зависимости от которого включается режим зарядки. Порог включения зарядки должен быть примерно 3 В. Ток заряда настраивается подбором резистором R.

Смотрите также: Универсальное мобильное зарядное устройство

 

Зарядка литиевой батареи схема. Зарядное литиевых аккумуляторов. Оригинальные зарядные устройства

Изобретения и использование инструмента с источниками автономного питания стало одним из визитных карточек нашего времени. Разрабатывается и внедряются всё новые активные компоненты, улучшающие работу батарейных сборок. К сожалению аккумуляторы не могут работать без подзарядки. И если на устройствах, имеющих постоянный доступ электросети вопрос решается встроенными источниками, то для мощных источников питания, например, шуруповерта, необходимо отдельные зарядные устройства для литиевых аккумуляторов с учетом особенности различных типов аккумуляторов.

Последние годы всё активнее используются изделия на литий-ионном активном компоненте. И это вполне понятно, так — как эти источники питания зарекомендовали себя с очень хорошей стороны:

• у них отсутствует эффект памяти;
• практически полностью ликвидирован саморазряд;
• могут работать при минусовых температурах;
• хорошо удерживают разряд.
• количество доведен до 700 циклов.

Но, каждый тип батарей имеет свои особенности. Так, литий — ионный компонент требует конструкцию элементарных батареек с напряжением 3, 6В, что требует некоторые индивидуальные особенности для подобных изделий.

Особенности восстановления

При всех достоинствах литий-ионных аккумуляторах у них есть свои недостатки — это возможность внутреннего замыкания элементов при перенапряжении зарядки из — за активные кристаллизации лития в активном компоненте. Также имеется ограничение по минимальному значению напряжения, которое приводит к невозможности приема электронов активным компонентом. Чтобы исключить последствия, батарея оснащается внутренними контроллером, которое разрывает цепь элементов с нагрузкой при достижении критических значений. Хранятся такие элементы лучше всего при зарядке 50 % при +5 — 15° С. Еще одно из особенностей литий-ионных аккумуляторов является то, что время эксплуатации батарейки зависит от времени ее изготовления, вне зависимости от того была ли она в эксплуатации или нет, или другими словами подвержена «эффекту старения», который ограничивает сроком эксплуатации — пять лет.

Зарядка литий — ионных аккумуляторов

Простейшее устройство зарядки одного элемента

Для того чтобы понять более сложные схемы зарядки литий — ионных аккумуляторов, рассмотрим простое зарядное устройство для литиевых аккумуляторов, точнее для одной батарейки.

Основа схемы оставляет управление: микросхема TL 431 (выполняет роль регулируемого стабилитрона) и одном транзисторе обратной проводимости.
Как видно из схемы управляющий электрод TL431 включен в базу транзистора. Настройка аппарата сводится к следующему: нужно на выходе устройства установить напряжение 4,2В — это устанавливается регулировкой стабилитрона подключением на первую ножку сопротивления R4 — R3 номиналом 2,2 кОм и 3 кОм. Эта цепочка отвечает за регулировку выходного напряжения, регулировка напряжения устанавливается только один раз и является стабильной.

Далее регулируется ток заряда, регулировка производится сопротивлением R1 (на схеме номиналом 3Ом) в случае, если эмиттер транзистора будет включён без сопротивления, тогда входное напряжение будет и на клеммах зарядки, то есть — это 5В, что может не соответствовать требованиям.

Так же, в этом случае не будет светиться светодиод, а он сигнализирует об протекании процесса насыщения током. Резистор может быт номиналом от 3 до 8 Ом.
Для быстрой подстройки напряжение на нагрузке, сопротивление R3 можно установить регулируемое (потенциометр). Напряжение настраивается без нагрузки, то есть, без сопротивления элемента, номиналом 4, 2 — 4,5В. После достижения необходимого значения достаточно замерить величину сопротивление переменного резистора и поставить основную деталь нужного номинала вместо него. Если нет необходимого номинала его можно собрать из нескольких штук параллельным или последовательным соединением.

Сопротивление R4 предназначено для открывания базы транзистора, его номинал должен быть 220Ом.При увеличении заряда аккумулятора напряжение будет повышаться, управляющий электрод базы транзистора будет увеличивать переходное сопротивление эмиттер — коллектор, уменьшая ток зарядки.

Транзистор можно использовать КТ819, КТ817 или КТ815, но тогда придется ставить радиатор для охлаждения. Также радиатор будет необходим если токи будут превышать 1000мА. В общем, эта классическая схема простейшая зарядки.

Усовершенствование зарядного устройства для литиевых li — ion аккумуляторов

Когда появляется необходимость зарядить литий ионных батарей, соединенных из нескольких спаянных элементарных ячеек, то лучше всего заряжать ячейки отдельно с применением контрольной схемы, которая будет следить за зарядкой индивидуально каждой отдельной батарейкой. Без этой схемы значительное отклонение характеристик одного элемента в последовательно спаянной батареи приведет к неисправности все аккумуляторы, а сам блок будет даже опасным по причине его возможного перегрева или даже воспламенения.

Зарядное устройство для литиевых аккумуляторов 12 вольт. Устройство балансира

Термин балансировка в электротехнике означает режим зарядки, который производит контроль за каждым отдельным элементом, участвующим в процессе, не допуская увеличения или снижения напряжения менее необходимого уровня. Необходимость подобных решений вытекает из особенностей сборок с li — ion. Если из за внутренней конструкции один из элементов зарядиться быстрее остальных, что очень опасно для состояния остальных элементов, и как следствие всей батареи. Схемное решение балансира выполнена таким образом, что элементы схемы берут на себя избыток энергии, тем самым регулируя процесс зарядки отдельной ячейки.

Если сравнивать принципы зарядки никель-кадмиевых аккумуляторов, то они имеют отличия от литий-ионного, прежде всего у Ca — Ni окончание процесса свидетельствует повышение напряжения полярных электродов и уменьшение тока до 0, 01мА. Также перед зарядкой этот источник должен быть разряжен не менее 30% от первоначальной емкости, если не выдержать это условия в батарее возникает «эффект памяти», который снижает емкость батареи.

С Li-Ion активным компонентом все наоборот. Полная разрядка этих элементов может привести к необратимым последствиям и резко понизить способность заряжаться. Нередко некачественные контроллеры могут не обеспечить контроль за уровнем разрядки батареи, что может привести неисправности всей сборки из-за одной ячейки.

Выходом из ситуации может стать применение выше рассмотренной схемы на регулируемом стабилитроне TL431. Нагрузку 1000 мА или больше может обеспечить установка более мощным транзистором. Такие ячейки подключается к непосредственно к каждой ячейке предохранит от неправильной зарядки.

Выбирать транзистор следует от мощности. Мощность подсчитывается по формуле P = U*I, где U — напряжение, I – зарядный ток.

Например, при токовой зарядки 0,45 А транзистор должен иметь рассеиваемую мощность не менее 3,65 В*0,45А = 1,8 Вт. а это для внутренних переходов большая токовая нагрузка, поэтому выходные транзисторы лучше установить в радиаторы.

Ниже приведен примерный расчет величины резисторов R1 и R2 на различное напряжение заряда:

22,1к + 33к => 4,16 В

15,1к + 22к => 4,20 В

47,1к + 68к => 4,22 В

27,1к + 39к => 4,23 В

39,1к + 56к => 4,24 В

33к + 47к => 4,25 В

Сопротивление R3 – нагрузка на базе транзистора. Его сопротивление может быть 471Ом — 1, 1 кОм.

Но, при реализации этих схемных решений, возникла проблема, как заряжать отдельную ячейку в аккумуляторном блоке? И такое решение нашлось. Если посмотреть на контакты на зарядной ножке, то на выпускаемых в последнее время корпусах с литий-ионными батареями находится такое количество контактов, сколько отдельных ячеек в батарее, естественно, на зарядном устройстве каждый такой элемент подключается отдельный схеме контроллера.

По стоимости подобное зарядное изделие несколько дороже чем линейное устройство с двумя контактами, но это стоит того, особенно если учесть, что сборки с высококачественными литий-ионными компонентами с доходят да половины стоимости самого изделия.

Импульсное зарядное устройство для литиевых li — ion аккумуляторов

Последнее время многие ведущие — фирмы производители ручного инструмента с автономным питанием, широко рекламирует быстро зарядные устройства. Для этих целей были разработаны импульсные преобразователи на основе широтно-импульсно модулированных сигналов (ШИМ) для восстановления блоков питания шуруповертов на основе ШИМ генератора на микросхеме UC3842 собран обратноходовой AS — DS преобразователь c нагрузкой на импульсный трансформатор.

Далее будет рассмотрена работа схема наиболее распространённых источника (см прилагаемую схему) : сетевое напряжение 220В поступает на диодную сборку D1- D4, для этих целей используются любые диоды мощностью до 2A. Сглаживание пульсаций происходит на конденсаторе C1, где концентрируется напряжение порядка 300В. Это напряжение является питанием для импульсного генератора с трансформатором T1 на выходе.

Первоначальное питание для запуска интегральная микросхемы A1 поступает через резистор R1, после чего включается генератор импульсов микросхемы, которая выдает их на вывод 6. Далее импульсы подаются на затвор мощного полевого транзистора VT1 открывая его. Стоковая цепь транзистора подает питание к первичной обмотке импульсного трансформатора Т1. После чего включатся в работу трансформатор и начинается передача импульсов на вторичную обмотку. Импульсы вторичной обмотки 7 — 11 после выпрямления диодом VT6 используется для стабилизации работы микросхемы A1, которая в режиме полной генерации потребляют гораздо больший ток, чем получает по цепи от резистора R1.

В случае неисправности диодов Д6, источник переходит у режиму пульсации, поочередно запуская работу трансформатор и прекращая его, при этом слышен характерный пульсирующий «писк» посмотрим работу схемы в этом режиме.

Питание через R1 и конденсатор C4 запускают генератор микросхемы. После запуска, для нормальной работы требуется более повышенный ток. При неисправности Д6 дополнительного питания на микросхему не поступает, и генерация прекращается, затем процесс повторяется. Если диод Д6 исправен, сразу включает в работу импульсный трансформатор под полную нагрузку. При нормальном запуске генератора на обмотке 14- 18 появляется импульсный ток 12 — 14В (на холостом ходу 15В). После выпрямления диодом V7 и сглаживания импульсов конденсатором C7 и импульсный ток поступает на зажимы батареи.

Ток 100 мА, не вредит активному компоненту, но повышает время восстановления в 3-4 раза, снижая ее время от 30 мин до1 часа. (источник — журнал интернет издание Радиоконструктор 03-2013 )

Быстрозарядное устройство G4-1H RYOBI ONE+ BCL14181H

Импульсное устройство для литиевых аккумуляторов 18 вольт производства немецкой компании Ryobi, производитель народная республика Китай. Импульсное устройство подходит для литий-ионных, никель кадмиевых 18В. Рассчитана на нормальную эксплуатацию при температуре от 0 до 50 С. Схемное решение обеспечивает два режима питания по напряжению и стабилизации по току. Импульсная подача тока обеспечивает оптимальную подпитку каждой отдельной батарейки.

Устройство выполнено в оригинальном корпусе из ударопрочной пластмассы. Применено принудительное охлаждение от встроенного вентилятора, с автоматическим включением при достижении 40° С.

Характеристики:

• Минимальное время заряда 18В при 1,5 А /ч — 60 минут, вес 0,9 кг, габариты: 210 x 86 x 174 мм. Индикация процесса зарядки подсвечивается синим светодиодом, по окончании загорается красный. Имеется диагностика неисправности, которая загорается при неисправности сборки отдельной подсветкой на корпусе.
• Питание однофазное 50Гц. 220В. Длина сетевого провода 1,5 метра.

Ремонт зарядной станции

Если случилось так, что изделие перестало выполнять свои функции, лучше всего обратиться в специализированные мастерские, но элементарные неисправности можно устранить своими руками. Что делать если не горит индикатор питания, разберем некоторые простые неисправности на примере станции .

Это изделие предназначено для работы с литий-ионными батареями 12В, 1,8А. Изделие выполнено с понижающим трансформатором, преобразование пониженного переменного тока выполняется четырех диодные мостовую схему. Для сглаживания пульсации установлен электролитический конденсатор. Из индикации имеется светодиоды сетевого питания, начала и окончание насыщения.

Итак, если не горит сетевой индикатор. Прежде всего необходимо через сетевую вилку убедится в целостности цепи первичной обмотки трансформатора. Для этого через штыри вилки подключения сетевого питания нужно прозвонить омметром целостность первичной обмотки трансформатора коснувшись щупами прибора за штыри сетевой вилки, если цепь показывает обрыв, тогда нужно осмотреть детали внутри корпуса.

Возможен обрыв предохранителя, обычно это тоненькая проволочка, протянутая в фарфоровом или стеклянном корпусе, сгорающая при перегрузках. Но некоторые фирмы, например, «Интерскол», для того чтобы предохранить обмотки трансформатора от перегрева устанавливают между витками первичной обмотки тепловой предохранитель, цель которого при достижении температуры 120 — 130° С, разрывать цепь питания сети и, к сожалению, ее уже после разрыва не восстанавливает.

Обычно предохранитель находится под покровной бумажной изоляцией первичной обмотки, после вскрытия которой, можно легко обнаружить эту деталь. Чтобы снова привести схему в рабочее состояние, можно, просто спаять концы обмотки в одно целое, но нужно помнить — трансформатор остается без защиты от короткого замыкания и лучше всего вместо теплового установить обычный сетевой предохранитель.

Если цепь первичной обмотки целая, прозванивается вторичная обмотка и диоды моста. Для прозвонки диодов лучше выпаять один конец из схемы и проверить диод омметром. При подсоединении концов к выводам поочередно щупов в одну сторону, диод должен показывать обрыв, в другую, короткое замыкание.

Таким образом необходимо проверить все четыре диода. И, если, уж, мы залезли в схему, тогда лучше всего сразу поменять конденсатор, потому, что диоды обычно перегружаются по причине высовшего электролита в конденсаторе.

Купить блоки питания для шуруповерта

Любой ручной инструмент и аккумуляторы можно приобрести у нас на сайте. Для этого необходимо пройти простую процедуру регистрации и далее следовать по несложный навигации. Простая навигации сайта легко выведет на необходимый для вас инструмент. На сайте можно посмотреть цены и сравнить их с конкурирующими магазинами. Любой возникший вопрос можно решить с помощью менеджера, позвонив по указанному телефону или оставить вопрос дежурному специалисту. Заходите к нам, и вы не останетесь без выбора необходимого вам инструмента.

Сегодня у многих пользователей скопилось по несколько рабочих и неиспользуемых литиевых аккумуляторов, появляющихся при замене мобильных телефонов на смартфоны.

При эксплуатации аккумуляторов в телефонах со своим зарядным устройством, благодаря использованию специализированных микросхем для контроля заряда, проблем с зарядом практически не возникает. Но при использовании литиевых аккумуляторов в различных самоделках возникает вопрос, как и чем заряжать такие аккумуляторы. Некоторые считают, что литиевые аккумуляторы уже содержат встроенные контроллеры заряда, но на самом деле в них встроены схемы защиты, такие аккумуляторы называют защищёнными. Схемы защиты в них предназначены в основном для защиты от глубокого разряда и превышения напряжения при зарядке выше 4,25В, т.е. это аварийная защита, а не контроллер заряда.

Некоторые «самодельщики» на сайте тут — же напишут, что за небольшие деньги можно заказать специальную плату из Китая, с помощью которой можно зарядить литиевые аккумуляторы. Но это только для любителей «шопинга». Нет смысла покупать то, что легко собирается за несколько минут из дешевых и распространенных деталей. Не нужно забывать и о том, что заказанную плату придется ждать около месяца. Да и покупное устройство не приносит такого удовлетворения, как сделанное своими руками .

Предлагаемое зарядное устройство способен повторить практически каждый. Данная схема весьма примитивна, но полностью справляется со своей задачей. Все что требуется для качественной зарядки Li-Ion аккумуляторов, это стабилизировать выходное напряжение зарядного устройства и ограничить ток заряда.

Зарядное устройство отличается надежностью, компактностью и высокой стабильностью выходного напряжения, а, как известно, для литий-ионных аккумуляторов это является очень важной характеристикой при зарядке.

Схема зарядного устройства для li-ion аккумулятора

Схема зарядного устройства выполнена на регулируемом стабилизаторе напряжения TL431 и биполярном NPN транзисторе средней мощности. Схема позволяет ограничить зарядный ток аккумулятора и стабилизирует выходное напряжение.

В роли регулирующего элемента выступает транзистор Т1. Резистор R2 ограничивает ток заряда, значение которого зависит лишь от параметров аккумулятора. Рекомендуется использовать резистор мощностью 1 вт. Другие резисторы могут иметь мощность 125 или 250 мВт.

Выбор транзистора определяется необходимым зарядным током установленным для зарядки аккумулятора. Для рассматриваемого случая, зарядки аккумуляторов от мобильных телефонов, можно применить отечественные или импортные NPN транзисторы средней мощности (например, КТ815, КТ817, КТ819). При высоком входном напряжении или использовании транзистора малой мощности, необходимо транзистор установить на радиатор.

Светодиод LED1 (выделен красным цветом в схеме), служит для визуальной сигнализации заряда аккумулятора. При включении разряженного аккумулятора, индикатор светится ярко и по мере заряда тускнеет. Свечение индикатора пропорционально току заряда аккумулятора. Но следует учесть, что при полном затухании светодиода, батарея все еще будет заряжаться током менее 50ма, что требует периодического контроля над устройством для исключения перезаряда.

Для повышения точности контроля окончания заряда, в схему зарядного устройства добавлен дополнительный вариант индикации заряда аккумулятора (выделен зеленым цветом) на светодиоде LED2, маломощном PNP транзисторе КТ361 и датчике тока R5. В устройстве возможно использование любого варианта индикатора в зависимости от требуемой точности контроля заряда аккумулятора.

Представленная схема предназначается для заряда только одного Li-ion аккумулятора. Но это зарядное устройство можно использовать и для заряда других видов аккумуляторов. Требуется лишь выставить необходимое для этого значение выходного напряжения и ток зарядки.

Изготовление зарядного устройства

1. Приобретаем или подбираем из имеющихся в наличии, комплектующие для сборки в соответствии со схемой.

2. Сборка схемы.
Для проверки работоспособности схемы и ее настройки, собираем зарядное устройство на монтажной плате.

Диод в цепи питания аккумулятора (минусовая шина – синий провод) предназначен для предотвращения разряда литий-ионного аккумулятора при отсутствии напряжения на входе зарядного устройства.

3. Настройка выходного напряжения схемы.
Подключаем схему к источнику питания напряжением 5…9 вольт. Подстроечным сопротивлением R3 устанавливаем выходное напряжение зарядного устройства в пределах 4,18 – 4,20 вольта (при необходимости, в конце настройки измеряем его сопротивление и ставим резистор с нужным сопротивлением).

4. Настройка зарядного тока схемы.
Подключив к схеме разряженный аккумулятор (о чем сообщит включившийся светодиод), резистором R2 устанавливаем по тестеру величину зарядного тока (100…300 ма). При сопротивлении R2 менее 3 ом светодиод может не светится.

5. Готовим плату для монтажа и пайки деталей.
Вырезаем необходимый размер из универсальной платы, аккуратно обрабатываем края платы напильником, очищаем и лудим контактные дорожки.

6. Монтаж отлаженной схемы на рабочую плату
Переносим детали с монтажной платы на рабочую, паяем детали, выполняем недостающую разводку соединений тонким монтажным проводом. По окончании сборки основательно проверяем монтаж.

В нынешнее время очень популярны литий-ионные аккумуляторы, они используются в различных гаджетах, к примеру телефонах, умных часах, плеерах, фонариках, ноутбуках. Впервые аккумулятор такого типа (Li-ion) выпустила известная японская фирма Sony. Принципиальная схема простейшего аккумуляторов представлена на картинке ниже, собрав её, у вас будет возможность самостоятельно восстанавливать заряд в аккумуляторах.

Самодельная зарядка литиевых АКБ — схема электрическая

Основой для данного прибора являются две микросхемы-стабилизатора 317 и 431 (). Интегральный стабилизатор LM317 в данном случае служит источником тока, данную деталь берём в корпусе TO-220 и обязательно устанавливаем на теплоотвод с применением термопасты. Регулятор напряжения TL431 выпускаемый компанией texas instruments существует кроме этого, в корпусах SOT-89, TO-92, SOP-8, SOT-23, SOT-25 и других.

Светодиоды (LED) D1 и D2 любого, приятного для вас цвета. Мной были выбраны такие: LED1 красный прямоугольный 2,5 мм (2,5 милиКандел) и LED2 зелёный диффузионный 3 мм (40-80 милиКандел). Удобно применять smd светодиоды, если вы не будете устанавливать готовую плату в корпус.

Минимальная мощность резистора R2 (22 Ohm) 2 Ватта, а R5 (11 Ohm) 1 Ватт. Все отсальные 0,125-0,25W.

Переменный резистор на 22 килоОма должен быть обязательно типа СП5-2 (импортный 3296W). Такие переменные резистора имеют очень точную регулировку сопротивления, которое можно плавно подстраивать крутя червячную пару, похожую на бронзовый болтик.

Фото измерения вольтажа li-ion аккумулятора от сотового телефона до зарядки (3.7V) и после (4.2V), ёмкость 1100 mA*h.

Печатная плата для литиевого зарядного

Печатная плата (PCB) существует в двух форматах для разных программ — архив находится . Размеры готовой печатной платы в моём случае 5 на 2,5 см. По бокам оставил пространство для креплений.

Как работает зарядка

Как работает готовая схема такого зарядного устройства? Сначала аккумулятор заряжается постоянных током, который определяется сопротивление резистора R5, при стандартном номинале 11 Ом он будет примерно 100 мА. Далее, когда перезаряжаемый источник энергии будет иметь напряжение 4,15-4,2 вольта начнется зарядка постоянным напряжением. Когда же ток зарядки снизится до маленьких значений светодиод D1 перестанет светиться.

Как известно, стандартным напряжение для зарядки Li-ion является 4,2V, данную цифру необходимо установить на выходе схемы без нагрузки, с помощью вольтметра, так аккумулятор будет заряжается полностью. Если же немножко снизить напряжение, где-то на 0,05-0,10 Вольт, то ваш аккумулятор будет заряжаться не до конца, но так он прослужит дольше. Автор статьи ЕГОР .

Обсудить статью ЗАРЯДНОЕ ЛИТИЕВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ

Я сделал себе зарядное устройство для четырех литий-ионных аккумуляторов. Кто-то сейчас подумает: ну сделал и сделал, таких полно в интернете. И я сразу хочу сказать, что моя конструкция способна заряжать как одну батарею, так и четыре сразу. Все аккумуляторы заряжаются независимо друг от друга.
Это дает возможность заряжать одновременно батареи из разных устройств и с разным начальным зарядом.
Я сделал зарядник для батарей типа 18650, которые у меня используются в фонарике, powerbanks, ноутбуке и тп.
Схема состоит из готовых модулей и собирается очень быстро и просто.

Понадобится

• — 4 шт.
• — 4 шт.
• Скрепки канцелярские.

Изготовление зарядного устройства под разное количество аккумуляторов

Сначала сделаем батарейный отсек. Для этого берем универсальную монтажную плату с большим количеством отверстий и обычные канцелярские скрепки.

Откусываем у скрепок вот такие уголки.

Вставляем в плату, предварительно примерив по длине батарей нужных вам. Потому, что такое зарядное устройство можно сделать не только под 18650 аккумуляторы.

Запаиваем снизу платы части скрепок.

Затем берем контроллеры зарядки и размещаем их на оставшемся месте платы, желательно напротив каждого аккумулятора.

Контроллер зарядки будет крепиться на вот таких ножках, сделанных из разъема PLS.

Припаиваем сверху модуль и снизу к плате. По этим ножкам побежит ток питания к модулю и ток заряда к батареям.

Четыре секции готовы.

Далее для коммутации зарядных мест установим кнопки или тумблера.

Подключается все это дело вот таким образом:

Вы спросите — почему кнопки только три а не четыре? А я отвечу — так как один модуль всегда будет работать, потому что один аккумулятор будет заряжаться всегда, иначе нет смысла вообще втыкать зарядник.
Напаиваем токопроводящие дорожки.

Итог таков, что кнопками можно подключать место для зарядки от 1 до 4 аккумуляторов.

На модуле заряда установлен светодиод, который показывает что батарея, которая от него заряжается — зарядилась или нет.
Я собрал все устройство за полчаса. Питается оно от 5-ти вольтового блока питания (адаптера), его, кстати, тоже нужно выбирать с умом, чтобы оно тянуло зарядку сразу всех четырех батарей одновременно. Так же всю схему можно питать от USB компьютера.
Подключаем переходник к первому модулю, а дальше включаем нужные кнопки и напряжение с первого модуля будет переходить на другие места, в зависимости от включенных переключателей.

Современный человек пользуется множеством электронных гаджетов. Это ноутбук, мобильный телефон, планшет, фотоаппарат и многие другие. Большинство этих устройств работают от литиевых аккумуляторов. Ведь мы ценим их именно за то, что это мобильные устройства. Однако за портативность приходится расплачиваться тем, что нужно постоянно заряжать аккумуляторы. Для этого вам потребуется зарядное устройство для литиевых аккумуляторов. В большинстве случаев зарядные устройства поставляются в комплекте с самим устройством. Этот тот же адаптер питания ноутбука или телефона. В идеале, конечно, для зарядки должно использоваться именно штатная зарядка. Но что делать, если она потеряна или вышла из строя. Нужно подобрать подходящее зарядное устройство. Что при этом учесть, обсудим в этой статье.

В общем случае зарядное устройство для должно иметь на выходе напряжение 5 вольт и ток, величина которого соответствует (0,5─1)*Сн. Сн – это номинальная ёмкость аккумулятора. К примеру, для литиевого элемента ёмкостью 2200 мАч, зарядка должна выдавать ток от 1,1 ампера.

Большинство зарядных устройств солидных производителей проводят зарядку Li аккумуляторов в несколько стадий. Первый этап идёт при постоянной величине тока 0,2─1 С и напряжении 4,1─4,2 В (здесь имеется в виду напряжение на 1 элемент или банку). Эта стадия продолжается примерно 40─50 минут. Второй этап проводится при постоянном напряжении. Есть устройства, которые для ускорения процесса зарядки, используют импульсный режим. Для литий─ионных систем с графитовой системой необходимо ограничивать напряжения значением 4,1 вольта на один элемент.

Если использовать напряжение выше 4,1 вольта, то можно увеличить энергетическую плотность аккумулятора. Но при этом начинаются окислительные реакции, которые сокращают срок службы батареи. В более поздних моделях эта проблема была устранена добавками. И на них напряжение в процессе зарядки можно увеличивать до 4,2 вольта с отклонением 0,05 на один элемент.

Если говорить о литиевых аккумуляторах промышленного назначения и для военной сферы, то для них зарядные устройства поддерживают напряжение 3,9 вольта. Это обеспечивает длительный срок службы и надёжность.

Если зарядное устройство выдаёт ток 1С, то аккумулятор зарядится примерно за 2─3 часа. При достижении полного заряда и напряжение достигает величины отсечки, ток резко уменьшается и составляет несколько процентов от первоначального значения.

Стоит сказать, что при увеличении зарядного тока время зарядки практически не уменьшается. При более высоком токе быстрее растёт напряжение на первой стадии процесса, но второй этап подзарядки в этом случае идёт дольше.

Существуют зарядные устройства способные зарядить литиевую батарею примерно за час. Такое зарядное для литиевых аккумуляторов не имеет второго этапа и АКБ готова к работе уже после завершения первой стадии. Уровень заряда аккумуляторного элемента при этом будет составлять 70 процентов. Но, в силу природы батарей литиевого типа, для них это не критично.

На графике выше можно видеть три этапа зарядки Li аккумулятора:

• Первый. Через батарею протекает максимально возможный (1С) ток заряда. Эта стадия заканчивается при увеличении напряжения до порогового значения;
• Второй. Напряжение остаётся максимальным (4,1─4,2 вольта), а зарядный ток уменьшается до 3 процентов от первоначальной величины;
• Третий. Компенсирующий заряд при его хранении (проводится примерно раз в 20 дней).

На этапе хранения для литиевых аккумуляторов струйная зарядка невозможна из-за того, что это приводит к металлизации Li. Но кратковременные подзарядки постоянным током компенсируют потери заряда. Такая зарядка должна выполняться, когда напряжения элемента падает до 4,05 вольта. Процесс зарядки прекращается при 4,2 вольта.

И ещё один важный момент. Литиевые аккумуляторные элементы очень чувствительны к перезаряду. Даже при небольшой перезарядке на поверхности минусового электрода начинается металлизация лития. Он очень активен и взаимодействует с электролитом. В результате реакции на катоде происходит выделение кислорода, повышается давление. В результате может произойти разгерметизация элемента, воспламенение и даже небольшой взрыв.

Кроме того, если при заряде постоянно превышать предел по напряжению, срок службы литиевых батарей снижается. Поэтому в большинстве литиевых аккумуляторов помимо самих элементов присутствует плата защиты.

Плата контролирует процесс заряда и разряда элементов по нижнему и верхнему пределу напряжения. Часто используются температурные датчики отключающие элементы при 90 градусов по Цельсию. В некоторых видах батарей имеется механический клапан, открывающийся при увеличении давления внутри корпуса выше определённого предела.

Есть исключения. К примеру, аккумуляторы с наличием марганца в их составе не имеют такой защиты. Марганец сильно тормозит металлизацию на аноде и образование кислорода. Поэтому в такой защите нет необходимости.

Всё это нужно иметь в виду при выборе зарядного устройства. Если вы будете заряжать литиевую банку напрямую без контроллера, напряжение должно контролироваться постоянно. Но гораздо лучше использовать устройства с автоматическим контролем или заряжать батарею через плату защиты.

Зарядные устройства для различных гаджетов

Зарядки для аккумуляторов смартфонов

Если вы лишились штатного зарядного устройства от своего телефона, вам поможет «лягушка». Это одно из наиболее распространённых устройств. Название зарядка получила за характерную форму.

Пользоваться ей проще простого. У зарядки есть 2 регулируемых по ширине контакта: плюс и минус. Вам нужно установить их в положение, подходящее для заряжаемого аккумулятора. Затем вставляется аккумулятор, чтобы был контакт с его выводами, и фиксируется верхней прижимной планкой. Естественно, что при установке нужно соблюдать полярность. Затем устройство вставляется в разъём 220 вольт и заряжается, пока индикатор не покажет окончание процесса.

Недорогое зарядное устройство 12.6 Вольта 3 Ампера. Обзор зарядного устройства для зарядки li-ion аккумуляторов, схемы, тест

Буквально совсем недавно я выкладывал пару обзоров зарядных устройств, но так получилось, что случайно ко мне попало еще одно. К сожалению оно также на 12.6 Вольт (3S сборка литиевых аккумуляторов), но я решил, что обзор может быть полезен из-за низкой цены. Увы, не все так, как хотелось бы, но об этом уже в обзоре.

Было заказано 10 штук зарядных устройств, на момент заказа цена была $8.13, то ли акция была, то ли продавец цену сейчас поднял, не знаю. Чтобы не было проблем с таможней, заказал двумя заказами.
Любопытно что упаковки были разные, видно коробки были те, что попались под руку, но упаковано было плотно.

В любом случае пришло все, каждое зарядное упаковано в отдельную картонную коробку, кабели лежали отдельно.

В комплект входит собственно зарядное устройство и кабель питания.

Из десяти кабелей один попался с вилкой у которой плоские штыри, хотя в заказе было указано — EU. Не критично, но неприятно.
А вот второй нюанс куда интереснее. В описании лота указано — Liitokala 12.6 В 3A зарядное устройство. Если насчет 12.6 и 3 все понятно, то вот насчет Литокала возникли некоторые вопросы. В принципе, насколько мне известно, Литокала не производит подобных зарядных устройств. Но на зарядных устройствах присутствует наклейка Liitokala, причем оригинально, в одной коробке были, в другой нет. Хотя если смотреть на фото, то можно понять, что разницы между ними никакой нет, вернее разница только в наклейке.

Корпус — привычный «брусок» черного цвета, на одной стороне расположен разъем подключения кабеля питания, на другой кабель для подключения к потребителю. Разъем 5.5/2.1мм.
Со стороны кабеля находится светодиод индикации режима работы.

Но меня интересовало это зарядное не только само по себе, а и в сравнении с тем, что я обозревал ранее.
Напомню, зарядное устройство с теми же заявленными характеристиками, 12.6 Вольта 3 Ампера, на вид также почти такое же, корпус чуть больше. Ссылка на обзор, чтобы понимать о чем идет речь.

Справа обозреваемое, слева то, что я разбирал ранее. Даже здесь видны некоторые отличия.

Зарядные устройства я покупал не себе, потому перед разборкой пришлось спросить товарища, не против ли он, если я его разберу для обзора, так как половинки корпуса склеены. Возражений не последовало, потому разобрал.

Внутри отличий гораздо больше. Как минимум у предыдущего трансформатор имеет магнитопровод большего размера, на фото это не так заметно, мешает скотч. Хуже изоляция радиаторов, вернее она есть в небольшом количестве только на радиаторе транзистора.

Ну а входной фильтр. Справа обозреваемый экземпляр, диодный мост попроще, дросселя нет, предохранитель обычный.

На выходе ситуация немного лучше. Хотя нет, точнее сказать — не сильно отличается от предыдущего, также два конденсатора и также нет дросселя по выходу. И кстати, как и у предыдущего есть место под вторую диодную сборку.

Вынимаем плату из корпуса для более тщательного осмотра, так как еще при первом взгляде мне показалось, что отличий больше.

1. Входные диоды 1N4007, фильтр отсутствует, зато конденсатор емкостью 82мкФ. Даже с учетом что реальная емкость китайских конденсаторов обычно занижена, все равно нормально для зарядного мощностью 35-40 Ватт.
2. Транзистор 8N65, вполне нормально для такой мощности.
3. Помехоподавляющий конденсатор правильный, потому безопасность в основном упирается упирается в отсутствие изоляции радиаторов и защитных прорезей в плате.
4. Выходная диодная сборка 10 Ампер 100 Вольт, нормально как по напряжению, так и по току. Конденсаторы 1000мкФ 25 Вольт, также вопросов особо нет, за исключением их «безродности».

На удивление плата спаяна даже аккуратно, конечно ей далеко до фирменных устройств, но в целом нормально.
Защитных прорезей нет, но расстояние между «горячей» и «холодной» сторонами довольно неплохое.

Первичная сторона блока питания. На всякий случай, если кому-то придется ремонтировать подобное зарядное.

А вот и первый косяк. Хотя по большому счету я даже не знаю как корректно назвать то, что я увидел.
Сверху на плате виден желтый помехоподавляющий конденсатор Х класса, так вот он не участвует в процессе. Не, ну бывает что паяют перемычки вместо дросселя, я уже к этому давно привык, но впаять конденсатор и не использовать его.
На фото я обозначил как запаян термистор и предохранитель, видно что конденсатор (справа) ни с чем не соединен. Странное решение 🙂

Как и в прошлый раз меня куда больше интересует вторичная сторона, так как первичная обычно имеет настолько маленькие отличия от других, что ее уже можно по памяти рисовать.
Как и предыдущие зарядные устройства, схема основана на операционном усилителе LM358, никаких «умных» контроллеров и в помине нет.

Вся электроника это ШИМ контроллер 6853K09, его подключение идентично контроллерам — 63D39, 63D12, и все они очень похожи на FAN6862. А также ОУ LM358, классика дешевых зарядных устройств.

Перечертил схему, хотя в данном случае по сути это компиляция из схемы блока питания, и предыдущего зарядного устройства 12.6 Вольта 1 Ампер, которые я описывал ранее, но с некоторыми отличиями.
Позиционные номера компонентов совпадают со схемой, по крайней мере в большинстве случаев 🙂

Сходство выходной части ну очень большое со схемой этого зарядного, а в какой то мере схема даже проще. Но в любом случае обе схемы гораздо проще, чем у предыдущего варианта 3 Ампера зарядного. Там было двойное питание и при желании можно было получить почти нулевое потребление когда зарядное не подключено к сети.

Схемотехника выходной части также примитивна, синий — стабилизация напряжения, красный — тока, синий — индикация, зеленый — опорное напряжение.
Это один из самых простых вариантов зарядных устройств, проще только на базе LM317 или резистора, но второй вариант не используется с литиевыми батареями (по крайней мере попадается крайне редко).

Первые тесты по моей методике тестирования зарядных устройств.
1. Выходное напряжение на холостом ходу заметно завышено, примерно по 40мВ на элемент. Это означает, что каждый элемент будет заряжаться до 4.24, а не до 4.20 Вольта. В таком варианте больше шансов получить срабатывание платы защиты аккумуляторной сборки. У предыдущего варианта было 20мВ превышение.
2. Собственный ток потребления без сети составляет 11мА, у предыдущего 7мА, а у 1А версии 14мА. Но у предыдущей версии 3 Ампера можно этот ток заметно снизить, у обозреваемого это сделать заметно сложнее, хотя и реально.
3. Ток заряда 3.23 Ампера, что почти на 10% больше заявленного. По большому счету ничего страшного в этом нет, просто аккумуляторы зарядятся чуть быстрее, но в моем случае повышенный ток «вылез боком».
4. Переключение индикации с красного на зеленый происходит при 359мА, что немного больше чем стандартная 1/10 от исходного тока. Не критично.
5, 6. Ток заряда через 5 и через 10 минут после срабатывания индикации. Как и следовало из схемы, данное зарядное не умет отключать аккумуляторы по завершении процесса, продолжая оставлять их под током. Для типичного сценария зарядил/отключил это неважно, но на неделю я бы не стал оставлять.

Следующий тест под нагрузкой, как всегда проверяем две вещи:
1. Нагрев.
2. Уход напряжения после прогрева.

Электронная нагрузка в таком тесте подключается до шунта чтобы зарядное не переходило в режим стабилизации тока (хотя в итоге все равно светил красный индикатор), и ток нагрузки выбирается таким, какой был измерен в предыдущем тесте.

Напряжение после получасового прогрева заметно убежало от исходного. Конечно по завершении заряда падает и нагрев, но сначала зарядное доведет напряжение батареи до 12.7 Вольта, а после остывания снизит до 12.68. Хотя стоп, почему снизит, без нагрузки на выходе было 12.72, потому даже скорее повысит. Жаль нет подстроечного резистора для коррекции.

На графике виден уход напряжения при нагреве. У предыдущего 3 Ампера зарядного уход был 0.005 Вольта! Как говорится — почувствуйте разницу.

С нагревом также картина не очень веселая. Сначала температура корпуса и компонентов после получасового прогрева.

А теперь через 1 час 14 минут. Самая высокая температура зарегистрирована в районе обмотки трансформатора, более 100 градусов.
Я бы не сказал что все так уж плохо, так как зарядное работает обычно час-два, максимум три, дальше обычно аккумулятор заряжается и нагрев падает. Кроме того, на начальном этапе нагрев будет немного меньше, так как выходная мощность зарядного меньше. Например на каждом аккумуляторе 3.8 Вольта, в сумме выходит 3.8х3х3.2=36,5 Ватта, а почти в самом конце заряда (в этом режиме я проводил тест) — 4,2х3х3,2=40,3, на 10 процентов больше.

Температура отдельных компонентов в конце теста —
Входной диодный мост — 74.5
Высоковольтный транзистор — 86.3
Трансформатор — 94.8
Обмотка трансформатора — 102.8
Выходная диодная сборка — 99.9
Выходные конденсаторы — 82.4

Термограмма с двух ракурсов.

На мой взгляд проблема перегрева кроется в нескольких вещах и первая — малый запас по мощности трансформатора. Вторая — завышенный выходной ток, почти 10% это немало. Я считаю, что стоит снизить его хотя бы до заявленного значения, а в идеале опустить до 2.8 Ампера. В таком варианте работать должно нормально.
Как и в прошлый раз (в обзоре 1 А зарядного) я советую изменить номиналы делителя. В данном случае либо увеличить R20, либо уменьшить R22. Так как уменьшить проще чем увеличить, то лучше сделать именно так, например припаяв параллельно резистор номиналом 8.2-10кОм. Чем меньше сопротивление резистора, тем меньше будет выходной ток.

Выводы просты. Главное преимущество данного зарядного — цена, дешевле мне пока не попадалось. Как вы понимаете, цена определяется обычно качеством сборки и работы. А в данном случае производитель явно экономил почти на всем. Но даже в таком варианте зарядное работает, но я бы советовал его немного доработать. Сама по себе доработка проста, самая большая сложность это аккуратное вскрытие.
Но в любом случае к Литокале данные изделия имеют примерно такое же отношение как я к балету 🙂

Вот и все. Надеюсь что обзор был полезен, как всегда жду комментариев и вопросов.

РЕМОНТ ЗАРЯДНОГО ДЛЯ ЛИТИЕВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ

Сосед обратился с просьбой отремонтировать зарядное устройство для литиевого аккумулятора. После переполюсовки зарядное полностью перестало реагировать на сеть и аккумулятор. Так как тема использования аккумуляторов типоразмера 18650 для меня имеет в последнее время прикладной характер, решил соседу помочь.

Зарядное для аккумуляторов 18650

Со слов соседа, алгоритм работы устройства таков: при подключенном аккумуляторе и поданном сетевом напряжении загорается красный светодиод и горит до тех пор, пока аккумулятор не зарядится, после чего загорается зеленый светодиод. Без установленного аккумулятора и поданном сетевом напряжении, светится зеленый светодиод.

Судя по этикетке, заряд током 450 mA осуществляется в щадящем режиме, но как оказалось после вскрытия это вариант эконом)). Схема зарядки состоит из двух узлов: преобразователя сетевого напряжения на одном транзисторе MJE 13001 и контроллера уровня заряда.

Разборка зарядного от Li-Ion 18650

Схема зарядного для АКБ

Преобразователь на одном MJE 13001 часто встречается в дешевых зарядках для телефонов, а так же в зарядках типа «лягушка». Рисовать ее не стал – просто посмотрел в интернете похожую схему. Плюс, минус один резистор/конденсатор большой роли не играют. Схема типовая.

Тестером прозвонил диоды, стабилитрон и транзистор, убедился в их целостности. Решил проверить резисторы и попал в точку! Оказался оборванным резистор R1 – 510 кОм (на вышеприведенной схеме это резистор R3), подтягивающий напряжение питания к базе транзистора. В наличии такого не нашлось, взамен его был установлен резистор на 560 кОм.

После замены резистора зарядка завелась.

Зарядное заработало — светодиод светится

Ради интереса заглянул в даташит контроллера заряда аккумулятора. Им является микросхема HT3582DA.

Так же часто встречается ее клон СТ3582.

Схема включения HT3582DA

Как выяснилось, допускаются два варианта включения микросхемы: 5-й вывод замыкается либо с 8-м либо с 6-м выводом. В моем случае были замкнуты 5-й и 6-й. Как видим, производитель заявляет максимум 300 мА. Так что, на этикетке зарядки выражен большой оптимизм в 450 мА))). Но самое интересное ждало впереди. Проверка мультиметром напряжения на выходе зарядного показала его обратную полярность.

Напряжение на выходе ЗУ

Как оказалось, сначала нужно вставить аккумулятор для определения контроллером полярности, а потом включать в сеть. В даташите говорится о автоматическом определении полярности батареи. Кроме того, контроллер легко выдерживает короткое замыкание на выходе.

При КЗ заряд отключается

Для проверки результатов ремонта вставил аккумулятор и включил зарядное в сеть. Через какое то время заметил, что красный светодиод не светится, а значит снова что то не работает. Ни какого криминала при вскрытии выявлено не было, все доступные проверке тестером элементы в порядке. Начал подумывать на контроллер, но решил перед началом поисков его в магазинах проверить конденсаторы. В наличии имеется тестер полупроводниковых приборов Т4. С его помощью были проверены электролиты, а затем и керамические конденсаторы. И вот они то меня сильно и удивили. Оба конденсатора на 0,1 мкф показали следующее:

   

   

   

Тестер полупроводниковых приборов Т4 меряет конденсаторы

Конденсатор 472 пФ почему то оказался аж 8199 пФ. Поскольку такого в закромах не нашлось, пришлось слепить из двух близкое значение. Конденсаторы на 0,1 мкф заменил на исправные с предварительной проверкой параметров.

Ремонт закончен

После произведенных манипуляций зарядное заработало должным образом. Сосед счастлив и распространяет информацию о моих магических способностях). Автор материала — Кондратьев Николай, Г. Донецк.

   Форум по ремонту техники

Схема литий-ионного зарядного устройства – простейший вариант и гибридная схема

---

---

Статья обновлена: 2020-08-24

---

Сегодня мы рассмотрим схему зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов. На первый взгляд кажется, что простейшую версию такой схемы можно построить на микросхеме lm317. Но тогда питать зарядное устройство придется от напряжения выше 5 В, т.к. разница между напряжениями на входе и выходе этой микросхемы должна составлять минимум 2 В. Напряжение Li-ion элемента с полным зарядом – порядка 4,2 В. Поэтому разница напряжений не достигает даже 1 В, и от варианта с микросхемой lm317 придется отказаться.
Собрать зарядник для литий-ионных элементов можно с использованием специализированной платы TP4056 1A. Ее можно приобрести и несложно сделать самостоятельно. Простейшая схема зарядки литиевых аккумуляторов представлена на рисунке.

Ниже приведена гибридная схема, в которой напряжение стабилизируется, и ограничивается ток заряда.  

Принцип работы литий-ионного зарядного устройства

Напряжение стабилизируется при помощи микросхемы стабилитрона tl431. Она используется во многих блоках питания импульсного типа, в т. ч. в компьютерном. Усилителем будет транзистор – произвольный вариант обратной проводимости и достаточно высокой мощности: КТ805, 815, 817, 819 и их аналоги. Ток заряда, задаваемый резистором R1, зависит от особенностей подзаряжаемого элемента питания. Резистор R1 рекомендуется брать мощностью 1 Вт, а оставшиеся – 0,25 или 0,125 Вт. Напряжение «банки» типа Li-ion в заряженном состоянии – порядка 4,2 В. Это значение напряжения и нужно поставить на выходе. К этому и сводится настроечный процесс – достаточно подбирать R2, R3 и фиксировать на выходе напряжение 4,2 В. Рассчитать напряжение стабилизации микросхемы tl431 позволяют многие интернет-программы. Чтобы выполнить точную настройку Uвых в нашей схеме контроля зарядки Li-ion аккумуляторов, стоит вместо резистора R2 воспользоваться многооборотным сопротивлением 10 кОм. Функции индикатора заряда успешно выполнит светодиод.

Актуальность схемы и рекомендации по ее проверке

Предложенная схема может применяться для подзарядки одного литиевого аккумулятора (элемента питания, «банки») популярного типоразмера 18650. Подходит она и для Li-ion аккумуляторов других стандартов, но в таком случае следует установить на выходе из зарядного устройства другое значение напряжения. Если собранная вами схема не работает, убедитесь в наличии напряжения более 2,5 В на управляющем выводе микросхемы. Рабочее напряжение 2,5 В – минимум для наружного источника. Иногда минимум рабочего напряжения берется равным 3 В. Для контроля работоспособности схемы перед пайкой стоит создать простой тестовый стенд. После сборки необходимо досконально проконтролировать монтаж. На практике рекомендуется всегда использовать самостоятельно собранные зарядные устройства и схемы на Li-ion аккумуляторах с BMS платой. Плата защиты не допустит выхода напряжения за допустимые границы, убережет элемент питания от поломки и преждевременного износа. В фирменных зарядных устройствах для защиты Li-ion аккумуляторов от высокого напряжения используются специальные микросхемы с функциями контроля. Подробнее о том, как правильно заряжать Li-ion аккумулятор стандарта 18650, читайте здесь.

Перейти в раздел зарядные устройства для АКБ

Схема. Безопасная зарядка Li-ion аккумуляторов

      Несмотря на обилие информации по Li-ion аккумуляторам, Интернет переполнен пользовательскими спорами, свидетельствующими о потребности в достаточно простом и надежном устройстве для их зарядки. Предлагаемая конструкция — всего лишь один из возможных вариантов решения этой задачи, ориентированный, прежде всего, на дешевизну его изготовления. В отличие, например, от устройства, описанного в [1], стоимость использованных в нем микросхем не превысит 1 долл. США.

      Конечно, существуют показатели, которыми в угоду дешевизне пренебрегать ни в коем случае не следует. Главный из них — безопасность эксплуатации ставшая «фигурантом» радиолюбительских баек о взрывах Li-ion аккумуляторов при небрежном экспериментировании с ними. В [2] достаточно подробно рассказано о мерах, предпринимаемых фирмами для исключения непреднамеренного разрушении литиевых заряжаемых элементов питания. Тем не менее производители предупреждают о недопустимости их разрядки до напряжения менее 2.5 В или большими (более 2,5 А) токами, а также перезарядки. Как глубокая разрядка, так и длительная зарядка током даже всего несколько микроампер способны стимулировать образование на электродах аккумулятора дендритов и обусловить его преждевременный выход из строя. Поэтому сам собой напрашивается вывод: для продления «жизни» Li-ion аккумулятора лучше своевременно (не дожидаясь снижения напряжения до 2,5 В) его подзарядить, не обязательно добиваясь при этом полной (100 %-ной) зарядки.

      Именно такой принцип положен в основу работы описываемого устройства, предназначенного для зарядки аккумулятора LGR18650E (его характеристики практически такие же, как и у ICR-18650 фирмы NEC [2]). При необходимости, используя приводимые в статье расчетные формулы, можно модифицировать устройство для зарядки аккумулятора с другими характеристиками.

      Схема зарядного устройства Li-ion аккумулятора устройства изображена на рисунке. Его основа — специализированная микросхема DA1 TSM101A, выпускаемая в корпусах DIP8 и SO8.
      Как известно, Li-ion аккумуляторы вначале необходимо заряжать неизменным током, а по достижении заданного уровня напряжения он должен уменьшаться по экспоненциальному закону [2J. В предлагаемом устройстве ОУ DA1.2 сравнивает сигнал с датчика тока зарядки — резистора R3 — с частью образцового напряжения Uобр = 1,24В, снимаемого с движка резистора R7, и приоткрывает транзистор VT1 ровно настолько, насколько это необходимо для создания требуемого падения напряжения на датчике тока. Причем в устройстве предусмотрен так называемый режим кондиционирования при зарядке глубоко разряженного аккумулятора.

      Рассчитаем параметры устройства. Поскольку тепловой мониторинг заряжаемого аккумулятора в данном случае не предусмотрен, ограничимся максимальным током зарядки Iзар = 1 А. Конечно, его можно увеличить до 1,6 А, но в этом случае необходимо учесть рекомендации, изложенные, например, в [3]. Неиспользуемый в данном случае ОУ микросхемы DA2 позволяет легко реализовать термоконтроль заряжаемого аккумулятора.
      Для принятого значения тока зарядки падение напряжения на резисторе R3 равно 0,22 В. Именно это напряжение необходимо установить на движке резистора R7 до монтажа в устройстве, подав на его верхний (по схеме) вывод напряжение 1,24 В от стабилизированного источника питания.

      Режим кондиционирования заряжаемого аккумулятора G1 должен включаться автоматически, если напряжение на нем в начале зарядки не превышает 2,5 В. С этой целью компаратор DA3.1 отслеживает напряжение на G1 (через делитель — подстроенный резистор R11). и если оно менее 2,5 В, выходной транзистор компаратора открывается до насыщения, соединяя с обидим проводом вывод 2 микросхемы DA1 и включая тем самым источник образцового тока. Как и в предыдущем случае, до установки резистора R11 в устройство на его верхний (по схеме) вывод подают калиброванное напряжение (но теперь — 2.5 В) и поворотом движка добиваются на нем напряжения 1,24 В.

      После включения источника образцового тока Iобр = 1,4 мА напряжение на инвертирующем входе ОУ DA1.2 представляет собой алгебраическую сумму падений напряжения на резисторах R3 и соединенных параллельно R4, R6. Пренебрегая падением напряжения, создаваемым током loop на датчике тока R3, рассчитаем сопротивление резистора R4 для общепринятого значения тока кондиционирования Iобр = 0,1·Iзар:
R4 = (UR3 — Iконд·R3)/Iобр = (0.22 — 0,1·0.22)/0,0014= 141,4 Ом.

      Требуемое сопротивление проще всего подобрать подключением параллельно R4 резистора R6 указанного на схеме номинала.
      Итак, указанные на схеме сопротивления токозадающих резисторов обеспечивают зарядку глубоко разряженного аккумулятора током не более 100 мА, а при повышении напряжения на нем до 2,5 В — током 1 А.

      До сих пор мы говорили о начальной стадии зарядки аккумулятора. По ее завершении начинает работать ОУ DA1.1. Сравнивая образцовое напряжение на неинвертирующем входе с частью напряжения, снимаемого с движка резистора R10, он приоткрывает транзистор VT1 ровно настолько, чтобы напряжение на аккумуляторе не превысило заданный уровень 4,2 В. Для этого до установки в устройство на верхний (по схеме) вывод резистора R10 подают напряжение 4,2 В и устанавливают движок в положение, в котором напряжение на нем равно 1.24В.

      Как указывалось выше, завершать зарядку литиевого аккумулятора следует при определенном значении тока. В данном случае оно выбрано равным 95 мА, что соответствует примерно 90 % его емкости [2]. Индикатором тока зарядки служит светодиод HL2, подключенный к выходу компаратора DA3.2. Последний сравнивает сигнал с датчика тока R3 с образцовым напряжением. На финальной стадии зарядки этот сигнал весьма мал, и чтобы исключить влияние параметров компаратора и необходимость его подбора, в устройство введен ОУ DA2.1. Изменением сопротивления резистора R9 в охватывающей его цепи ООС добиваются того, чтобы компаратор срабатывал при зарядном токе 95 мА. С резисторами R8, R9 указанных на схеме номиналов яркость свечения светодиода HL2 при таком токе снижается примерно вдвое, а когда он уменьшается до 93 мА, индикатор гаснет. Такое поведение светодиода обусловлено возникновением «дребезга» напряжения на выходе компаратора при его подходе к точке выключения и наблюдается, если аккумулятор подключен к зарядной цепи напрямую, минуя контакты реле К1. Введение последнего позволило не только устранить нежелательный «дребезг», но и реализовать автоматическое отключение аккумулятора по завершении зарядки.

      Происходит это следующим образом. При нажатии кнопки SB1 на базу транзистора VT2 подается (через резисторы R15, R16) напряжение положительной полярности и он открывается. В результате срабатывает реле К1 и своими контактами К1.1 подключает аккумулятор к зарядной цепи. Поскольку и при кондиционировании и при зарядке большим током компаратор DA3.2 включает светодиод HL2 и излучающий диод оптрона U1, открывшийся фототранзистор подсоединяет резистор R14 к шине питания +7 В, после чего нажатую кнопку SB1 можно отпустить.

      Свечение HL2 позволяет судить о надежности соединения устройства с аккумулятором: если качество контактов плохое (переходное сопротивление велико), он не горит. В этом случае реле после отпускания кнопки возвращается в исходное положение, отключая аккумулятор от зарядной цепи.
      Если же сопротивление контактов достаточно мало, зарядка протекает по описанному алгоритму. При снижении тока на финальной стадии и попытке компаратора создать «дребезг» отпускание реле вызывает отсоединение аккумулятора от зарядной цепи и подключение вместо него светодиода HL3 с токоограничивающим резистором R18. Свечение HL3 сигнализирует об окончании зарядки. Конденсатор С4 в базовой цепи транзистора VT2 — помехоподавляющий.

      Чтобы не тратить зря ресурс Li-ion аккумулятора, в качестве нагрузки при налаживании устройства рекомендуется использовать батарею из двух-трех Ni-Cd аккумуляторов ем костью 0,5… 1 А-ч, которую на первом этапе подключают непосредственно к катоду VD1, минуя контактную группу реле. Если тщательно выполнить рекомендации по предварительной установке движков подстроечных резисторов R7, R10, R11, налаживание устройства может даже не потребоваться, но проверить основные показатели (ток кондиционирования, пороговое напряжение включения полного тока зарядки, его начальное значение, конечное напряжение на заряжаемом аккумуляторе, значение индицируемого тока окончания зарядки) все же необходимо.

      На время налаживания к зарядной цепи подключают цифровой вольтметр и амперметр на 1 А, а вместо Li-ion аккумулятора — батарею из двух разряженных до 1 В Ni-Cd элементов. После подачи напряжения питания 7 В должен включиться режим кондиционирования. Требуемый ток (0,1 А) устанавливают подбором резистора R6. По мере зарядки напряжение на батарее будет расти, и как только оно станет равным 2,5 В, зарядный ток должен увеличиться до 1 А. При необходимости это значение тока устанавливают подстроечным резистором R7, а чтобы его изменение происходило при напряжении 2,5 В, корректируют положение движка резистора R11.

      Затем к устройству подключают батарею из трех аккумуляторов и наблюдают, как после увеличения напряжения на ней примерно до 4 В ток зарядки начинает уменьшаться. При его значении, равном 95 мА, яркость свечения светодиода HL2, как отмечалось, должна снизиться вдвое, а при 93 мА он должен погаснуть. Во время прохождения указанного интервала зарядного тока будет отчетливо слышен дребезг контактов реле. Поскольку его контактная группа на этом этапе коммутирует ток всего лишь примерно 5 мА (включает и выключает HL3), ее состояние после такого испытания не ухудшится. При первой зарядке этот процесс протекает довольно медленно, однако если выключить устройство и снова включить (с заряженной батареей), уменьшение тока происходит в считанные секунды и добиться нужного го-ведения светодиода в указанных пределах изменения тока (подбором резистора R9) не составляет труда. Как указывалось, конечное напряжение на батарее устанавливают равным 4.18 В подстроечным резистором R10.

      Далее батарею подсоединяют через контакты реле и проверяют работу пусковой цепи, а также четкость отключения аккумулятора по окончании зарядки. При этом может потребоваться предварительная кратковременная разрядка заряженной батареи через резистор сопротивлением 5… 10 Ом.
      В завершение налаживания к устройству подключают Li-ion аккумулятор и в процессе его зарядки проверяют соответствие напряжения (кроме 2,5 В, разумеется) и зарядного тока установленным значениям. Из-за некоторого различия внутреннего сопротивления Li-ion и Ni-Cd аккумуляторов может потребоваться повторная регулировка устройства.

      Устройство собрано на макетной плате размерами 60×45 мм (печатная плата не разрабатывалась). Транзистор VT1 установлен на теплоотводе с площадью охлаждающей поверхности около 100 см2. Диод 1N5822 заменим любым другим диодом Шотки с рабочим током до 3 А. Подстроенные резисторы R7, R10, R11 — многооборотные проволочные, например, СП5-3. Конденсатор С5 — любой оксидный емкостью 6,8…10 мкФ с номинальным напряжением 10…35 В. Вместо КТ829А можно использовать любой другой мощный составной транзистор со статическим коэффициентом передачи тока базы h31э 750…1000.

      В устройстве применено герконовое реле РЭС55А с паспортом РС4.569.604 (новое обозначение — РС4.569.600-16). Поскольку его рабочее напряжение значительно меньше 7 В, последовательно с обмоткой включен резистор R17. Допустимо использование реле этого типа с паспортом РС4.569.603 (РС4.569.600-15). В этом случае сопротивление резистора, гасящего избыток напряжения, следует уменьшить до 43 Ом.
      В качестве источника зарядного тока можно использовать сетевой адаптер, описанный в [1], установив его выходное напряжение равным 7 В.

ЛИТЕРАТУРА
1. Косенко С. «Интеллектуальное» зарядное устройство для Ni-Cd аккумуляторов. — Радио, 2004, № 5, с. 32—35.
2. Литий-ионные аккумуляторы («За рубежом»). — Радио. 2001. № 7, с. 44, 45.
3. Ткачев Ф. Расчет термочувствительного моста. — Радио. 1995. № 8, с. 46

С. КОСЕНКО, г. Воронеж
«Радио» №8 2004г.

Похожие статьи:
ЗУ для ‘пальчиковых’ аккумуляторов
‘Интеллектуальное’ зарядное устройство для Ni-Cd аккумуляторов

Post Views: 343

Простой контроллер заряда Li-Ion аккумуляторов

Этот простейший контроллер заряда я применил в самодельной Bluetooth колонке для заряда батареи из двух Li-Ion аккумуляторов типа 18650. Зарядное устройство выполнено на распространенном регулируемом стабилизаторе напряжения LM317. Достоинства этого зарядного устройства это простота настройки, дешевизна и применение самых распространенных электронных компонентов. Также среди достоинств следует отметить отсутствие высокочастотных помех и наводок, поэтому можно заряжать блютуз колонку, в которой я применил этот контроллер заряда во время воспроизведения музыки. Никаких импульсных помех зарядное устройство не даёт. Недостатком является сравнительно низкий КПД, присущий линейным стабилизаторам напряжения и тока и необходимость установки микросхемы LM317 на радиаторе. По этой причине не рекомендуется устанавливать зарядный ток более 500 — 800 мА. В моей колонке зарядный ток равен 500 мА. В качестве источника питания я применил импульсный сетевой адаптер от старого сетевого хаба на 12В 1А.

Принципиальная схема контроллера заряда для двух Li-Ion аккумуляторов

Описане принципиальной схемы

U1 — микросхема LM317 в корпусе TO220
Q1 — транзистор BC546 (BC547, BC549)
D1 — диод Шоттки на ток 1A и максимальное напряжение 30 — 40 вольт.
С1, С2 — керамический конденсатор на 1 мкф 50В
R1 — Постоянный резистор 1 Ом 0.5 Вт
R3 — Постоянный резистор 470 Ом 0.125 Вт
R4 — Постоянный резистор 2.2 k 0.125 Вт
R2 — Подстроечный резистор 1К

Зарядное устройство основано на регулируемом интегральном стабилизаторе напряжения LM317. На транзисторе Q1 собран узел ограничения тока заряда. С транзистором BC546 и резистором на 1 ом максимальный зарядный ток у меня составляет около 500мА. Нужно помнить, что через этот резистор течет зарядный ток аккумулятора, поэтому если вы планируете заряжать батарею током более 500 мА стоит применить резистор мощностью 1 Вт. максимальный зарядный ток устанавливается подбором этого резистора. Чем меньше сопротивление тем больше зарядный ток и наоборот.

Подстроечным резистором R2 устанавливаем выходное напряжение устройства. То есть то максимальное напряжение, до которого будет заряжена аккумуляторная батарея. Для двух литий ионных аккумуляторов максимальное напряжение равно 8.4 В. Но для большей безопасности и продления срока службы аккумуляторов я бы посоветовал установить это напряжение в районе 8.2 — 8.3 В. Установку этого напряжения нужно производить не подключая аккумулятор. Вместо аккумулятора подключаем к клемам Out+ и Out- резистор сопротивлением 100 ом и вращением движка R2 устанавливаем напряжение 8.2- 8.3 В. Убираем резистор и подключаем к устройству аккумуляторы. Проверяем ток, который течет через батарею и оставляем батарею заряжаться, периодически измеряя на ней напряжение. Зарядный ток будет уменьшаться по мере приближения напряжения на батарее к установленному уровню. Убедитесь что напряжение на каждом из аккумуляторов в конце заряда не превышает 4.2 вольта. Если даже на одном из аккумуляторов напряжение больше, то придется уменьшить напряжение заряда поворотом движка R2. На этом настройку устройства можно считать законченной

ВНИМАНИЕ! Микросхема LM317 нагревается в процессе заряда аккумуляторов, поэтому ее необходимо устанавливать на небольшом радиаторе.

Печатная плата зарядного устройства была разработана под выводные компоненты в программе DipTrace. Все файлы проекта печатной платы вы можете скачать по ссылке в конце статьи. Плата была изготовлена на моем станке CNC1610 методом гравировки. Как это происходит вы можете посмотреть в видео ролике про самодельную Bluetooth колонку.

Печатная плата зарядного устройства

Скачать проект печатной платы в формате DipTrace

Зарядка литий-ионных аккумуляторов

требует точного измерения напряжения

Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы

набирают популярность в портативных системах из-за их увеличенной емкости при тех же размерах и весе, что и более старые никель-кадмиевые и никель-металлогидридные аккумуляторы. Например, портативный компьютер с литий-ионным аккумулятором может работать дольше, чем аналогичный компьютер с никель-металлгидридным аккумулятором. Однако разработка системы для литий-ионных аккумуляторов требует особого внимания к схеме зарядки, чтобы обеспечить быструю, безопасную и полную зарядку аккумулятора.

Новая микросхема для зарядки аккумуляторов, ADP3810, разработана специально для управления зарядом литий-ионных аккумуляторов с 1-4 элементами. Доступны четыре высокоточных фиксированных варианта конечного напряжения батареи (4,2 В, 8,4 В, 12,6 В и 16,8 В); они гарантируют конечное напряжение батареи ± 1%, что так важно при зарядке литий-ионных батарей. Сопутствующее устройство, ADP3811, похоже на ADP3810, но его конечное напряжение батареи программируется пользователем для работы с другими типами батарей.Обе микросхемы точно контролируют зарядный ток, чтобы обеспечить быструю зарядку при токах 1 ампер и более. Кроме того, оба они имеют прецизионный источник опорного напряжения 2,0 В и прямой выход привода оптопары для изолированных приложений.

Li-Ion Charging: Li-Ion аккумуляторы обычно требуют алгоритма зарядки с постоянным током и постоянным напряжением (CCCV). Другими словами, литий-ионная батарея должна заряжаться на заданном уровне тока (обычно от 1 до 1,5 ампер), пока не достигнет своего конечного напряжения.На этом этапе схема зарядного устройства должна переключиться в режим постоянного напряжения и обеспечивать ток, необходимый для удержания батареи при этом конечном напряжении (обычно 4,2 В на элемент). Таким образом, зарядное устройство должно обеспечивать стабильные контуры управления для поддержания постоянное значение тока или напряжения, в зависимости от состояния батареи.

Основная задача при зарядке литий-ионного аккумулятора — реализовать полную емкость аккумулятора без перезарядки, которая может привести к катастрофическому отказу.Возможна небольшая погрешность, всего ± 1%. Избыточная зарядка более чем на + 1% может привести к выходу из строя батареи, а недостаточная зарядка более чем на 1% приводит к снижению емкости. Например, недозаряд литий-ионного аккумулятора всего на 100 мВ (-2,4% для литий-ионного элемента на 4,2 В) приводит к потере емкости примерно на 10%. Поскольку возможность ошибки настолько мала, требуется высокая точность схемы управления зарядкой. Для достижения этой точности контроллер должен иметь прецизионный источник опорного напряжения, усилитель обратной связи с высоким коэффициентом усиления и малым смещением, а также точно согласованный резистивный делитель. .Суммарные погрешности всех этих компонентов должны приводить к общей погрешности менее ± 1%. ADP3810, объединяющий эти элементы, гарантирует общую точность ± 1%, что делает его отличным выбором для зарядки литий-ионных аккумуляторов.

ADP3810 и ADP3811: На рисунке 1 показана функциональная схема ADP3810 / 3811 в упрощенной схеме зарядного устройства CCCV. Два усилителя « г, _м, , » (вход напряжения, выход тока) являются ключевыми для работы ИС. GM1 определяет и управляет током заряда через шунтирующее сопротивление, R _CS , а GM2 определяет и управляет конечным напряжением батареи .Их выходы соединены в аналоговой конфигурации «ИЛИ», и оба спроектированы таким образом, что их выходы могут подключаться только к общему узлу COMP. Таким образом, либо усилитель тока, либо усилитель напряжения контролирует контур зарядки в любой момент времени. . Узел COMP буферизирован выходным каскадом « г _м » (GM3), выходной ток которого напрямую управляет входом управления преобразователем постоянного тока (через оптопару в изолированных приложениях).

Рис. 1. Блок-схема ADP3810 / 3811 в упрощенной схеме зарядки аккумулятора.

ADP3810 включает прецизионные тонкопленочные резисторы для точного деления напряжения батареи и сравнения его с внутренним опорным напряжением 2,0 В. ADP3811 не включает эти резисторы, поэтому разработчик может запрограммировать любое конечное напряжение батареи с помощью пары внешних резисторов в соответствии с приведенной ниже формулой. Буферный усилитель обеспечивает вход с высоким импедансом для программирования зарядного тока с использованием входа VCTRL, а схема блокировки при пониженном напряжении (UVLO) обеспечивает плавный запуск.

Чтобы понять конфигурацию «ИЛИ», предположим, что полностью разряженный аккумулятор вставлен в зарядное устройство.Напряжение аккумулятора значительно ниже конечного напряжения заряда, поэтому на входе VSENSE GM2 (подключенном к аккумулятору) положительный вход GM2 значительно ниже внутреннего опорного напряжения 2,0 В. В этом случае GM2 хочет вывести узел COMP на низкий уровень, но он может только подтянуть, поэтому он не оказывает никакого влияния на узел COMP. Поскольку батарея разряжена, зарядное устройство начинает увеличивать ток заряда, и токовая петля берет на себя управление. Ток заряда создает отрицательное напряжение на резисторе токового шунта (RCS) с сопротивлением 0,25 Ом.Это напряжение воспринимается GM1 через резистор 20 кОм (R3). В состоянии равновесия ( I _CHARGE R _CS ) / R ₃ = -V _CTRL /80 кОм. Таким образом, ток заряда поддерживается на уровне

.

Если ток заряда имеет тенденцию превышать запрограммированный уровень, вход V _CS GM1 принудительно становится отрицательным, что приводит к высокому уровню на выходе GM1. Это, в свою очередь, подтягивает узел COMP, увеличивая ток с выходного каскада, уменьшая привод блока преобразователя постоянного / постоянного тока (который может быть реализован с различными топологиями, такими как возвратный, понижающий или линейный каскад), и, наконец, уменьшение зарядного тока.Эта отрицательная обратная связь завершает контур управления зарядным током.

Когда батарея приближается к своему конечному напряжению, входы GM2 приходят в равновесие. Теперь GM2 подтягивает узел COMP к высокому уровню, и выходной ток увеличивается, в результате чего ток заряда уменьшается, поддерживая равными В _SENSE и В _REF . Управление зарядным контуром изменено с GM1 на GM2. Поскольку коэффициент усиления двух усилителей очень высок, переходная область от управления током к напряжению очень резкая, как показано на рисунке 2.Эти данные были измерены на 10-вольтовой версии автономного зарядного устройства, показанного на Рисунке 3.

Рис. 2. Изменение тока / напряжения зарядного устройства ADP3810 CCCV

Полное автономное литий-ионное зарядное устройство: На рис. 3 показана полная система зарядки с использованием ADP3810 / 3811. В этом автономном зарядном устройстве используется классическая архитектура с обратным ходом для создания компактной и недорогой конструкции. Три основных участка этой схемы — это контроллер первичной стороны, силовой полевой транзистор и трансформатор обратного хода, а также контроллер вторичной стороны.В этой конструкции используется ADP3810, напрямую подключенный к батарее, для зарядки 2-элементной литий-ионной батареи до 8,4 В при программируемом токе заряда от 0,1 до 1 А. Диапазон входных значений от 70 до 220 В переменного тока — для универсальной работы. .Используемый здесь широтно-импульсный модулятор первичной стороны — это промышленный стандарт 3845, но могут использоваться и другие компоненты ШИМ. Фактические выходные характеристики зарядного устройства контролируются ADP3810 / 3811, что гарантирует конечное напряжение в пределах ± 1%.

Рисунок 3. Полное автономное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов

Токовый привод управляющего выхода ADP3810 / 3811 напрямую подключается к фотодиоду оптопары без дополнительных схем.Его выходной ток 4 мА позволяет управлять различными оптопарами — здесь используется MOC8103. Ток фототранзистора протекает через R _F , устанавливая напряжение на выводе COMP 3845 и, таким образом, управляя рабочим циклом ШИМ. Контролируемый импульсный стабилизатор спроектирован таким образом, что повышенный ток светодиода от оптопары снижает рабочий цикл преобразователя.

В то время как сигнал от ADP3810 / 3811 управляет средним током заряда , первичная сторона должна иметь циклическое ограничение тока переключения.Этот предел тока должен быть спроектирован таким образом, чтобы при отказе или неисправности вторичной цепи или оптопары или во время запуска компоненты первичной силовой цепи (полевой транзистор и трансформатор) не подвергались перенапряжению. Когда напряжение вторичной обмотки V _CC превышает 2,7 В, ADP3810 / 3811 берет на себя управление средним током. Предел тока первичной стороны устанавливается резистором считывания тока 1,6 Ом, подключенным между силовым транзистором NMOS, IRFBC30 и землей.

ADP3810 / 3811, ядро ​​вторичной стороны, устанавливает общую точность зарядного устройства.Для выпрямления требуется только один диод (MURD320), и никакой катушки индуктивности фильтра не требуется. Диод также предотвращает обратный запуск зарядного устройства при отключении входного питания. Конденсатор емкостью 1000 мкФ (CF1) поддерживает стабильность при отсутствии батареи . RCS определяет средний ток (см. Выше), и ADP3810 подключается напрямую (или ADP3811 через делитель) к батарее для измерения и управления ее напряжением.

В этой схеме реализовано полностью автономное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов.Топология обратного хода сочетает преобразователь переменного тока в постоянный со схемой зарядного устройства, что дает компактный и недорогой дизайн. Точность этой системы зависит от контроллера вторичной стороны, ADP3810 / 3811. Архитектура устройства также хорошо работает в других схемах зарядки аккумуляторов. Например, стандартное зарядное устройство постоянного тока понижающего типа может быть легко сконструировано путем объединения ADP3810 и ADP1148. Простое линейное зарядное устройство также может быть разработано с использованием только ADP3810 и внешнего транзистора. Во всех случаях присущая ADP3810 точность контролирует зарядное устройство и гарантирует конечное напряжение батареи ± 1%, необходимое для зарядки литий-ионных аккумуляторов.

Литий-ионный

— схема питания напрямую от USB при одновременной зарядке литий-ионного аккумулятора

Что я думаю о реализации:
1. У меня есть схема удаленного мониторинга с использованием GSM, которая определяет электрические параметры, такие как фаза, мощность, источник переменного тока и т. Д. Теперь, учитывая отсутствие источника переменного тока, устройство также должно иметь возможность отправлять уведомления. Для этого я подумываю запустить модуль от аккумулятора (литий-ионный аккумулятор 3,7 В).
2. Так как это система удаленного мониторинга, аккумулятор всегда будет подключен к источнику питания для зарядки.

Насколько мне известно, следует избегать постоянно держать аккумулятор подключенным для зарядки, это сократит срок службы аккумулятора / перегрева / перезарядки, если параметры входят в картину.

• Если мне нравится | Настенный адаптер ((ac-dc smps) | -> | аккумулятор зарядное устройство | -> | схема | Будет участвовать вышеуказанных параметров.
• Если мне нравится использовать настенный адаптер и аккумулятор параллельно с использованием ИЛИ ing с двумя диодами или с использованием реле или с использованием IC, таких как TPS2104 / MAX 6326 / TPS2110 и т. Д., Тогда как я могу позаботиться о параллельной зарядке аккумулятора?

Я погуглил так много вещей, чтобы реализовать это, но не нашел полезным или, возможно, я не смотрю в правильном направлении.Я сослался на ссылку на симулятор http://forum.allaboutcircuits.com/threads/how-to-charge-a-battery- while-supplying-power-to-my-device.67530/, но не повезло.
Даже я просмотрел листы данных и видео для схем зарядки литий-ионных аккумуляторов с использованием MCP73831 или TP4056.

Я совершенно не понимаю, как действовать дальше. Хорошая идея — использовать | Настенный адаптер ((ac-dc smps) | -> | зарядное устройство | -> | circuit | или
, используя сетевой адаптер и аккумулятор параллельно и заряжая аккумулятор бок о бок.или использовать сетевой адаптер при наличии питания и одновременно заряжать аккумулятор, чтобы я мог использовать аккумулятор при отсутствии питания.

Я знаю, что ИБП работает так же, как будто он все время питается напрямую от источника питания и заряжает аккумулятор одновременно. Когда питание прерывается, он переключается на аккумулятор.
Я ищу простое решение и думаю, что это правильный форум. Я ищу решение. Заранее спасибо …

аккумуляторов — Li-ion схема зарядки

У меня есть проект, который я хочу использовать для питания от одноэлементной литий-ионной батареи, которую нужно заряжать от USB-разъема (но не от ноутбука или компьютера, а от розетки, например, от зарядного устройства для телефона).Я исследовал схему зарядки и нашел MCP73833. Я собирался внедрить это следующим образом:

Переключатель представляет собой двухполюсный переключатель двойного направления (DPDT). Таким образом, с переключателем, настроенным, как показано на рисунке, батарея заряжается и отключается от нагрузки, в то время как нагрузка питается от внешнего источника. При включенном переключателе внешнее питание будет отключено от всего, и батарея будет питать нагрузку (через повышающий преобразователь до 5 В).

Затем я обнаружил MCP73871, который, кажется, автоматически переключается между батареей и внешним источником питания. Это кажется лучшим (более простым!) Методом реализации этой схемы зарядки, однако я обеспокоен тем, что если нагрузка системы потребляет колеблющийся ток, я слышал, что это может повлиять на срок службы батареи. Из таблицы данных MCP73871 я также не уверен, меняется ли напряжение нагрузки системы (на выводах OUT 1, 20) от того, подключен ли внешний источник питания (то есть, когда USB подключен, это напряжение нагрузки 5 В, а затем, когда USB отключается напряжение нагрузки падает до 4.От 2 В до 3,7 В по мере разряда аккумулятора). Однако я предполагаю, что это не имеет значения, так как я могу снова использовать повышающий преобразователь, чтобы вернуть напряжение до 5 В. Используя мою схему с MCP73833, как показано выше, нагрузка на систему всегда составляет 5 В.

Меня также беспокоит, что согласно таблице данных MCP73833 максимальный ток зарядки с USB составляет 450 мА. Литий-ионный аккумулятор, который я использую, составляет 3450 мА, поэтому я хотел бы иметь возможность заряжать его примерно до 1,5 А (~ 0,5 ° C), что, как я знаю, возможно с зарядными устройствами для телефонов USB.

Есть ли какие-либо преимущества и недостатки у схемы, которую я сделал, или у просто использующей MCP73871? Я впервые имею дело со схемой зарядки, поэтому хочу убедиться, что все правильно понял. Я склоняюсь к использованию MCP73871, но хочу убедиться, что полностью понимаю преимущества, прежде чем принимать решение.

Заранее спасибо.

РЕДАКТИРОВАТЬ: У меня нет схемы для этого, но если я решу использовать MCP73871, я, вероятно, буду использовать его в конфигурации, очень похожей на Adafruit Powerboost 1000C

EDIT2: Еще один вопрос о схемах зарядки, обе эти микросхемы (как и многие другие микросхемы зарядки) имеют контакт термистора для ограничения тока, если аккумулятор слишком сильно нагревается.Я хотел бы реализовать это, но не могу найти подробностей о том, как это сделать. Могу ли я просто поставить термистор как можно ближе к батарее? Нужно ли его трогать? Еще раз спасибо

Зарядка литиевых элементов

Зарядка литиевых элементов

Elliott Sound Products

Зарядка литиевых элементов

Авторские права © 2016 — Род Эллиотт (ESP)
Страница создана в ноябре 2016 г., опубликована в феврале 2017 г.
Последнее обновление в октябре 2018 г.

Вершина

---

Указатель статей
Основной указатель

---

Содержание

Введение
1 — Система управления батареями (BMS)
2 — Профиль зарядки
3 — Источники питания постоянного напряжения и постоянного тока (зарядные устройства)
4 — Цепь зарядки одной ячейки IC
5 — Зарядка нескольких элементов
6 — Защита батареи
7 — Мониторинг состояния заряда (SOC)
8 — Проекты с батарейным питанием
Выводы
Ссылки

---

Введение

Зарядка литиевых батарей или элементов (теоретически) проста, но может быть сопряжена с трудностями, о чем свидетельствуют многочисленные серьезные отказы в коммерческих продуктах.К ним относятся портативные компьютеры, мобильные («сотовые») телефоны, так называемые «ховерборды» (также известные как балансировочные доски) и даже самолеты. Балансирующие доски вызвали ряд пожаров в домах и разрушили или повредили многие объекты недвижимости по всему миру. Если элементы не заряжены должным образом, существует высокий риск вентиляции (выброса газов под высоким давлением), что часто сопровождается возгоранием.

Литий — самый легкий из всех металлических элементов, он плавает в воде. Он очень мягкий, но быстро окисляется на воздухе.Воздействия водяного пара и кислорода часто бывает достаточно, чтобы вызвать возгорание, особенно если присутствует тепло (например, из-за перезарядки литиевого элемента). Воздействие влажного / влажного воздуха вызывает образование газообразного водорода (из водяного пара), который, конечно, легко воспламеняется. Литий плавится при 180 ° C. Большинство авиакомпаний настаивают на том, чтобы литиевые элементы и батареи заряжались не более чем на 30% при транспортировке из-за вполне реального риска катастрофического пожара. Несмотря на ограничения, литиевые батареи теперь используются почти во всем новом оборудовании из-за очень высокой плотности энергии и небольшого веса.

Аккумуляторы имеют скорость заряда и разряда, обозначенную буквой «C» — емкость аккумулятора или элемента в Ач или мАч (ампер или миллиампер-час). Таким образом, аккумулятор емкостью 1,8 Ач (1800 мАч) имеет рейтинг «C» 1,8 А. Это означает, что (по крайней мере, теоретически) аккумулятор может обеспечивать ток 180 мА в течение 10 часов (0,1 ° C), 1,8 A в течение 1 часа или 18 A в течение 6 минут (0,1 час или 10 ° C). В зависимости от конструкции литиевые батареи могут обеспечивать ток до 30 ° C и более, поэтому наша гипотетическая батарея емкостью 1800 мАч теоретически может обеспечивать ток 54A в течение 2 минут.Емкость также может быть указана в Втч (ватт-часах), хотя эта цифра обычно не используется, кроме как в рекламных брошюрах.

В США и некоторых других странах оценка Wh требуется транспортным компаниям, чтобы они могли определить необходимый стандарт упаковки. Один аккумулятор 1,8 Ач имеет накопленную энергию 6,7 Втч ^[4] . В качестве альтернативы может потребоваться указать содержание лития. В справочнике также показано, как это можно рассчитать, хотя любой сделанный расчет будет только приблизительным, если производитель батарей специально не укажет содержание лития.Причиной этого является риск возгорания — перевозчики не любят, когда грузы загораются, а содержание лития может определять способ доставки товаров. Если батареи поставляются отдельно (не встроены в оборудование), они должны быть заряжены не более чем на 30% емкости.

В отличие от некоторых более старых аккумуляторных технологий, литиевые батареи нельзя (и не следует) оставлять на плавающем заряде, хотя может быть возможным, если напряжение поддерживается ниже максимального напряжения заряда. Для большинства используемых ячеек максимальное напряжение ячейки равно 4.2 В, называемое напряжением «заряда насыщения». Напряжение заряда должно поддерживаться на этом уровне только достаточно долго, чтобы ток заряда упал до 10% от начального значения или 1С. Однако это может быть интерпретировано, потому что начальный ток заряда может иметь широкий диапазон, в зависимости от батареи и зарядного устройства.

К сожалению, несмотря на то, что существует бесчисленное количество статей о зарядке литиевых батарей, существует почти столько же различных предложений, рекомендаций и мнений, сколько и статей.Одна из основных вещей, которая важна при зарядке литиевой батареи, — это обеспечить, чтобы напряжение на каждой ячейке никогда не превышало максимально допустимое, а это означает, что необходимо контролировать каждую ячейку в батарее. Существует множество доступных ИС, которые были специально разработаны для балансной зарядки литиевых батарей, при этом некоторые системы довольно сложны, но чрезвычайно универсальны с точки зрения обеспечения оптимальной производительности.

В то время как традиционные литий-ионные (Li-Ion) или литий-полимерные (Li-Po) имеют номинальное напряжение ячейки 3.70 В, Li-железо-фосфат (LiFePO ₄ , он же LFP — феррофосфат лития) составляет исключение с номинальным напряжением элемента 3,20 В и зарядкой до 3,65 В. Многие коммерческие батареи LiFePO ₄ имеют встроенные схемы балансировки и защиты, и их нужно только подключить к соответствующему зарядному устройству. Относительно новым дополнением является литий-титанат (LTO) с номинальным напряжением ячейки 2,40 В и зарядкой до 2,85 В.

Зарядные устройства для этих альтернативных литиевых ячеек несовместимы с обычными 3.70-вольтовый Li-Ion. Необходимо предусмотреть возможность идентификации систем и обеспечения правильного зарядного напряжения. Литиевая батарея на 3,70 В в зарядном устройстве, разработанном для LiFePO ₄ , не получит достаточного заряда; LiFePO ₄ в обычном зарядном устройстве может вызвать перезарядку. В отличие от многих других химических элементов, литий-ионные элементы не могут поглощать перезаряд, поэтому необходимо знать конкретный химический состав аккумулятора и адаптировать условия зарядки.

Литий-ионные элементы

безопасно работают в пределах указанных рабочих напряжений, но аккумулятор (или элемент в аккумуляторе) становится нестабильным, если случайно зарядить его до напряжения выше указанного.При длительной зарядке выше 4,30 В литий-ионного элемента, рассчитанного на 4,20 В, на аноде будет металлический литий. Катодный материал становится окислителем, теряет стабильность и выделяет углекислый газ (CO2). Давление в ячейке возрастает, и если заряду позволяют продолжить, устройство прерывания тока, отвечающее за безопасность ячейки, отключается при 1000–1380 кПа (145–200 фунтов на квадратный дюйм). При дальнейшем повышении давления защитная мембрана на некоторых литий-ионных элементах разрывается при давлении около 3450 кПа (500 фунтов на квадратный дюйм), и в конечном итоге ячейка может выйти из строя — с пламенем!

Не все ячейки рассчитаны на то, чтобы выдерживать высокое внутреннее давление, и будут иметь видимые выпуклости задолго до того, как давление достигнет значений, близких к указанным.Это верный признак того, что элемент (или аккумулятор) поврежден, и его нельзя использовать снова. К сожалению, во многих статьях, которые вы найдете в Интернете, обсуждая платы баланса (в частности), говорится о качестве элементов (или их отсутствии) и / или качестве зарядного устройства (то же самое), но не упоминается обсуждаемая система управления батареями (BMS). следующий.

Это один из наиболее важных элементов зарядного устройства для литиевых батарей, но редко упоминается в большинстве статей, посвященных возгоранию батарей.В общем, предполагается (или неизвестно автору), что аккумуляторная батарея включает — или , если , включает — схему защиты, чтобы гарантировать, что каждая ячейка контролируется и защищена от перезарядки. Вероятно, что дешевые (или поддельные) аккумуляторные блоки вообще не содержат схемы защиты, и любой аккумулятор без этой важной схемы, как правило, следует избегать, если у вас нет надлежащего внешнего балансного зарядного устройства с многополюсным разъемом. Проблема в том, что продавцы редко раскрывают (или даже знают), есть ли у аккумулятора защита или нет.

---

1 — Система управления батареями (BMS)

Это не особенно полезно, но многие продавцы аккумуляторов и зарядных устройств не проводят различия между контролем аккумулятора и защитой аккумулятора . Это две отдельные функции, и, как правило, они представляют собой отдельные части схемы. К сожалению, термин «BMS» может означать либо мониторинг, либо защиту, в значительной степени в зависимости от определения, используемого продавцом, и / или понимания того, что на самом деле продается.

Я буду использовать термин «балансировка» применительно к управлению процессом зарядки, а для батарей (в отличие от одиночных ячеек) это процесс балансировки, который гарантирует, что каждая ячейка тщательно контролируется во время зарядки для поддержания правильного максимального значения ячейки. Напряжение. Защита Цепи обычно подключены к батарее постоянно и часто встроены в аккумуляторную батарею. Они описаны ниже. В некоторых случаях защита и балансировка могут быть предоставлены как комплексное решение, и в этом случае оно действительно заслуживает названия «BMS» или «система управления батареями».

Для правильного управления процессом зарядки с более чем одним элементом, система балансировки батареи абсолютно необходима . Цепи баланса отвечают за обеспечение того, чтобы напряжение на любой ячейке никогда не превышало максимально допустимое, и часто интегрируются с зарядным устройством. Некоторые из них имеют дополнительные возможности, например, контроль температуры ячейки. В больших установках отдельные контроллеры ячеек взаимодействуют с центральным «главным» контроллером, который обеспечивает сигнализацию устройству, на которое подается питание, с указанием состояния заряда (поскольку этот параметр может быть определен — это меньше, чем точная наука), наряду с любыми другими. данные, которые можно считать важными.

Для сравнительно простых батарей с количеством ячеек от 2 до 5, дающих номинальное напряжение от 7,4 В до 18,5 В соответственно, баланс ячеек не представляет особой сложности. Это действительно становится проблемой, когда возможно, 110 ячеек соединены последовательно, что дает выход около 400 В (как, например, в электромобиле). Ячейки также могут быть соединены параллельно, чаще всего как последовательно-параллельная сеть. В общей терминологии (особенно для «любительских» аккумуляторов для моделей самолетов и т. П.) Батарея будет обозначаться как 5S (5 ячеек серии) или 4S2P (4 ячейки серии, каждая из которых состоит из 2 ячеек параллельно).

Параллельная работа ячеек не является проблемой, и возможно (хотя обычно не рекомендуется), что они могут иметь разную емкость. Конечно, они должны использовать ту же химию. При последовательном запуске ячейки должны быть как можно ближе к идентичности. Конечно, по мере того, как звонки стареют, они будут делать это с разной скоростью — одни клетки всегда будут портиться быстрее, чем другие. Именно здесь система балансировки становится важной, потому что элемент (-ы) с наименьшей емкостью будет заряжаться (и разряжаться) быстрее, чем другие в упаковке.Большинство балансных зарядных устройств используют регулятор на каждой ячейке, что гарантирует, что напряжение заряда каждой отдельной ячейки никогда не превышает максимально допустимое.

В простейшей форме это можно сделать с помощью цепочки прецизионных стабилитронов, что на самом деле довольно близко к обычно используемым системам. Напряжение должно быть очень точным и в идеале должно находиться в пределах 50 мВ от желаемого максимального напряжения заряда. Хотя напряжение заряда насыщения обычно составляет 4,2 В на элемент, срок службы батареи можно продлить, ограничив напряжение заряда до 4.1 вольт. Естественно, это приводит к немного меньшему накоплению энергии.

Два основных компонента BMS будут рассмотрены отдельно ниже. Их можно дополнить мониторингом производительности (состояние заряда, оставшаяся емкость и т. Д.), Но в этой статье основное внимание уделяется важным моментам — тем, которые максимизируют безопасность и срок службы батареи. Так называемые «топливомеры» — это отдельная тема, и здесь они рассматриваются лишь вскользь.

---

2 — Профиль зарядки

На графике показаны основные элементы процесса зарядки.Первоначально зарядное устройство работает в режиме постоянного тока (ограничение тока) с максимальным током в идеале не более 1С (1,8 А для элемента или аккумулятора 1,8 Ач). Часто будет меньше, а иногда и намного меньше. При зарядке при 0,1C (180 мА) время зарядки составит 30 часов, если применяется заряд полного насыщения. Однако, когда используется сравнительно медленная зарядка (обычно менее 0,2 ° C), можно прекратить зарядку, как только элемент (-ы) достигнет 4,2 В, и заряд насыщения не потребуется.Например, на основе «нового» алгоритма зарядки элементу, показанному на рисунке 1, может потребоваться от 12 до 15 часов для зарядки при 0,1 ° C, и цикл зарядки завершается, как только напряжение достигает 4,2 вольт. Это несколько мягче по сравнению с литий-ионным аккумулятором, и напряжение минимизировано.

Рисунок 1 — Профиль заряда литий-ионных аккумуляторов (1 элемент)

Как ясно видно на графике, быстрая зарядка означает, что емкость отстает от напряжения заряда, а 1С достаточно быстрая — особенно для аккумуляторов, предназначенных для устройств с низким потреблением энергии.Примерно через 35 минут напряжение (почти) достигло максимума 4,2 В, и ток заряда начинает падать, но элемент заряжен только примерно до 65%. Более низкая скорость заряда означает, что уровень заряда более точно соответствует напряжению. Как и все батареи, вы никогда не извлекаете столько, сколько вставляете, и обычно вам нужно вложить примерно на 10-20% больше ампер-часов (или миллиампер-часов), чем вы получите обратно во время разряда.

Некоторые зарядные устройства обеспечивают предварительный заряд, если напряжение элемента меньше 2.5 вольт. Обычно это постоянный ток, равный 1/10 от номинального полного заряда постоянного тока. Например, если ток заряда установлен на 180 мА, элемент будет заряжаться до 18 мА до тех пор, пока напряжение элемента не поднимется примерно до 3 В (это зависит от конструкции зарядного устройства). Однако большинству систем никогда не потребуется предварительное кондиционирование, потому что электроника будет (или должна!) Отключиться до того, как элемент достигнет потенциально опасного уровня разряда.

При использовании литий-ионные батареи следует хранить в прохладном месте.Нормальная комнатная температура (от 20 ° до 25 ° C) является идеальной. Не рекомендуется оставлять заряженные литиевые батареи в автомобилях на солнце, как и в любом другом месте, где температура может быть выше 30 ° C. Это вдвойне важно, когда аккумулятор заряжается. В разряженном состоянии требуются некоторые средства отключения, чтобы гарантировать, что напряжение элемента (любого элемента в батарее) не упадет ниже 2,5 вольт.

Обычно лучше не заряжать литиевые батареи полностью и не допускать их глубокого разряда.Срок службы батареи может быть увеличен за счет зарядки примерно до 80-90%, а не до 100%, так как это почти устраняет «напряжение напряжения», возникающее, когда напряжение элемента достигает полных 4,2 вольт. Если аккумулятор будет храниться, рекомендуется зарядка 30-40%, а не полная. Есть много рекомендаций, и большинство из них игнорируются. Однако это не вина пользователей — производители телефонов, планшетов и фотоаппаратов могут предложить вариант с пониженной оплатой — для этого достаточно вычислительной мощности.Это особенно важно для предметов, которые не имеют заменяемой пользователем батареи, потому что это часто означает, что в остальном совершенно хорошее оборудование выбраковано только потому, что батарея устала. Учитывая распространение вредоносных программ практически для каждой операционной системы, важно убедиться, что параметры заряда аккумулятора никогда не могут быть установлены таким образом, чтобы это могло вызвать повреждение.

---

3 — Источники питания постоянного напряжения и постоянного тока (зарядные устройства)

Во время начальной части цикла зарядки источник питания зарядного устройства должен быть постоянным.Текущее регулирование не обязательно должно быть совершенным, но оно должно быть в разумных пределах. Нас не очень волнует, действительно ли источник питания 1 А дает 1,1 А или 0,9 А, или он немного меняется в зависимости от напряжения на регуляторе. Мы, очевидно, должны быть очень обеспокоены, если выяснится, что максимальный ток составляет 10 А, но этого просто не произойдет даже с довольно грубым регулятором.

Для чисто аналоговой конструкции LM317 хорошо подходит для задачи регулирования тока, а также идеально подходит для регулирования основного напряжения.Это сокращает общую BOM (спецификацию материалов), поскольку не требуется несколько различных деталей. Конечно, это оба линейных устройства, поэтому эффективность низкая, и для них требуется напряжение питания, превышающее общее напряжение батареи, по крайней мере, на 5 вольт, а желательно несколько больше.

В качестве альтернативы использованию двух микросхем LM317 вы можете добавить пару транзисторов и резисторов для создания ограничителя тока. Однако это работает не так хорошо, площадь печатной платы будет больше, чем у версии, показанной здесь, и экономия средств минимальна.В приведенной ниже схеме не предусмотрена возможность «предварительного кондиционирования» или «пробуждения» перед подачей полного тока. Это не важно, если аккумулятор никогда не может разряжаться ниже 3 В, и может даже не понадобиться при минимальном напряжении 2,5 В. Если напряжение разряженного элемента меньше 2,5 В, потребуется предварительный заряд C / 10. Если вы когда-либо заряжаете только по ставке C / 10, более низкая ставка не требуется.

Рисунок 2 — Цепь заряда постоянным током / постоянным напряжением

Показанная схема ограничивает ток до значения, определяемого R1.При 12 Ом ток составляет 100 мА (достаточно близко — на самом деле 104 мА), который задается сопротивлением и внутренним опорным напряжением 1,25 В. Для 1 А используйте 1,2 Ом (рекомендуется 5 Вт), и значение можно определить для любого необходимого тока вплоть до максимального 1,5 А, который может обеспечить LM317. При более высоком токе стабилизатору потребуется радиатор, особенно на начальном этапе заряда, когда на U1 будет значительное напряжение. Диоды предотвращают обратную полярность батареи к регулятору (U2), если батарея подключена до включения источника постоянного тока.D1 должен быть рассчитан как минимум на удвоенный максимальный ток и в идеале должен быть устройством Шоттки, чтобы минимизировать рассеяние и потери напряжения.

Это просто базовое зарядное устройство, которое может быть разработано в соответствии с требованиями, описанными выше. Однако это далеко не полная система, поскольку на данном этапе отсутствуют система управления и балансировочные схемы. Каждая система будет отличаться, но базовая схема достаточно гибкая, чтобы вместить большинство батарейных блоков из 2-4 ячеек. Зарядку можно остановить, подключив контакт «Adj» U1 к земле с помощью транзистора, как показано на рисунке.Когда зарядка завершена, на конец R3 подается напряжение (5 В в порядке), и ограничитель тока отключается. Имейте в виду, что батарея будет разряжена комбинацией цепей баланса и тока, проходящего через R4, R5 и VR1 (последний составляет около 5,7 мА).

---

4 — Цепь зарядки одноэлементной ИС

Зарядное устройство на одну ячейку (или батареи с параллельными элементами) концептуально довольно просто. Однако при рассмотрении всех требований становится очевидным, что простого регулятора с ограничением тока, показанного выше, может быть недостаточно.Многие производители ИС имеют готовые зарядные устройства для литиевых элементов на микросхеме, при этом большинству не требуется ничего, кроме программирующего резистора, пары байпасных конденсаторов и дополнительного светодиодного индикатора. Один (из многих), который включает в себя все необходимое, — это Microchip MCP73831, показанный ниже. Большинство крупных производителей ИС производят специализированные ИС, и ассортимент огромен. TI (Texas Instruments) производит ряд устройств, предназначенных для полных приложений BMS, от одноэлементных до батарей на 400 В, используемых для электромобилей.Еще одна простая ИС — LM3622, которая доступна в нескольких версиях, в зависимости от напряжения конечной точки. Также доступна версия для двухэлементной батареи, но в ней отсутствует схема балансировки, что делает ее довольно бессмысленной (IMO).

Рисунок 3 — Зарядное устройство для одной ячейки с использованием микросхемы MCP73831 IC

Доступны четыре напряжения оконечной нагрузки — 4,20 В, 4,35 В, 4,40 В и 4,50 В, поэтому важно выбрать правильную версию для того типа аккумулятора, который вы будете заряжать. Режим постоянного тока управляется R2, ​​который используется для «программирования» ИС.Оставление разомкнутой цепи контакта 5 («PROG») запрещает зарядку. ИС автоматически прекращает зарядку, когда напряжение достигает максимума, установленного ИС, и подает «дополнительный» заряд, когда напряжение элемента падает примерно до 3,95 вольт. Дополнительный светодиодный индикатор может использоваться для индикации заряда или окончания заряда, либо того и другого с помощью трехцветного светодиода или отдельных светодиодов. Выход состояния разомкнут, если ИС отключена (например, из-за перегрева) или если батарея отсутствует. После начала зарядки выходной сигнал состояния становится низким, а после завершения цикла зарядки — высоким.Обратите внимание, что эта ИС доступна только в упаковке SMD, а версии со сквозным отверстием недоступны. То же самое касается большинства устройств других производителей.

Показанное зарядное устройство представляет собой линейный регулятор, поэтому при зарядке элемента рассеивается мощность. Если напряжение разряженной ячейки составляет 3 В, ИС будет рассеивать только 300 мВт при токе заряда 100 мА. Если увеличить до максимума, который может обеспечить ИС (500 мА), ИС будет рассеивать 1,5 Вт, а это означает, что она сильно нагреется (в конце концов, это небольшое SMD-устройство).Если напряжение элемента будет ниже 3 В (глубокий разряд из-за аварии или длительного хранения), рассеяние будет таким, что ИС почти наверняка отключится, так как у нее есть внутреннее измерение перегрева. Он будет циклически включаться и выключаться, пока напряжение на ячейке не поднимется достаточно сильно, чтобы уменьшить рассеивание и обеспечить непрерывную работу. Зарядные устройства Switchmode намного эффективнее, но они больше, сложнее и дороже в сборке.

Некоторые контроллеры оснащены датчиком температуры или термистором для контроля температуры ячейки.Такие микросхемы, как LTC4050, будут заряжаться только при температуре от 0 ° C до 50 ° C при использовании с указанным термистором NTC (отрицательный температурный коэффициент). Другие могут быть сконструированы так, чтобы их можно было установить так, чтобы ИС сама контролировала температуру. Они предназначены для установки, когда ИС находится в прямом тепловом контакте с ячейкой. Последовательный транзистор должен быть внешним по отношению к ИС, чтобы его рассеяние не влияло на температуру кристалла ИС.

Резистор программирования тока установлен на 10 кОм на приведенном выше рисунке, и это устанавливает ток заряда примерно на 100 мА.В таблице данных для IC есть график, который показывает зависимость тока заряда от программируемого резистора, и, похоже, нет формулы, которую можно было бы применить. Резистор 2 кОм дает максимальный номинальный ток зарядки 500 мА. Как обсуждалось ранее, медленная зарядка, вероятно, является лучшим вариантом для максимального срока службы элемента, если только элемент не предназначен для быстрой зарядки. К сожалению, на ИС задано максимальное напряжение, и его нельзя уменьшить, чтобы ограничить напряжение чуть более низким значением, которое продлит срок службы элемента.R1 допускает около 2,5 мА для светодиода, поэтому может потребоваться тип с высокой яркостью. При желании сопротивление R1 можно уменьшить до 470 Ом.

Для слаботочной зарядки, вероятно, нет причин не использовать источник с точным 4,2 В и последовательный резистор. Процесс зарядки будет довольно медленным, но если он ограничен примерно 0,1C или 100 мА (в зависимости от того, что меньше), цикл зарядки займет около 15 часов. Резистор должен быть выбран так, чтобы обеспечить требуемый ток 1,2 В на нем (12 Ом для 100 мА).Существует небольшая вероятность того, что слабый ток вызовет какое-либо повреждение элемента, и хотя это довольно грубый способ зарядки, нет причин, по которым он не должен работать идеально. Я пробовала, и никаких «противопоказаний» нет.

---

5 — Цепи балансировки аккумулятора

Хотя зарядка одной ячейки (или батареи с параллельными ячейками) довольно проста с использованием правильной (-ых) ИС (-ов), становится труднее, когда есть две или более ячейки, соединенные последовательно, для создания батареи с более высоким напряжением.Поскольку напряжение на каждой ячейке необходимо контролировать и ограничивать, вы получаете довольно сложную схему. Опять же, есть множество вариантов от большинства основных производителей ИС, и во многих случаях требуется специальный микроконтроллер для управления схемами мониторинга отдельных ячеек.

Несомненно, существуют продукты, которые не обеспечивают какой-либо формы балансировки заряда, и именно они с наибольшей вероятностью могут вызвать проблемы при использовании, включая возгорание. Использование литиевых батарей без правильно сбалансированного зарядного устройства вызывает проблемы, и этого не следует делать даже с самыми дешевыми продуктами.Вы можете представить себе, что в пакете из 2 ячеек необходимо контролировать только одну ячейку, а другая будет сама заботиться о себе. Но это не так. Если ячейка, которая не отслеживается, имеет меньшую емкость, она будет заряжаться быстрее, чем другая ячейка. Оно может достичь опасного напряжения до того, как контролируемая ячейка достигнет своего максимума.

Принцип многоканального мониторинга достаточно прост по своей концепции. Только когда вы понимаете, что к каждой ячейке нужно применять довольно сложные и точные схемы, это становится пугающим.Поскольку все ячейки находятся под разным напряжением, главному контроллеру требуются схемы сдвига уровня для каждого монитора ячейки. Здесь могут использоваться оптоизоляторы или более «обычные» схемы переключения уровня, но последние обычно не подходят для высоковольтных аккумуляторных блоков.

Рисунок 4 — Упрощенные схемы многоячеечной балансировки

Примечание: Показанные схемы концептуальные и предназначены для демонстрации основных принципов. Они не предназначены для конструирования, и микросхемы, показанные на «А», не являются каким-либо конкретным устройством, поскольку «настоящие» используемые ИС часто управляются специальным микроконтроллером.Нет смысла отправлять мне электронное письмо с просьбой указать типы устройств, потому что они не существуют как отдельная ИС. Идея состоит только в том, чтобы показать основы — это не проектная статья, она предназначена в первую очередь для освещения проблем, с которыми вы столкнетесь при работе с ячейками серии LiPo.

Существует два класса схем балансировки ячеек — активные и пассивные (оба показаны пассивными). Пассивные системы сравнительно просты и могут работать очень хорошо, но у них низкая энергоэффективность.Это вряд ли станет проблемой для небольших батарей (2-5 ячеек), заряжаемых по относительно низким ценам (1С или меньше). Тем не менее, это важно для больших пакетов, используемых в электрических велосипедах или автомобилях, потому что они требуют значительных денег для зарядки, поэтому неэффективность BMS приводит к более высокой стоимости одной зарядки и значительным потерям энергии.

Я не собираюсь даже пытаться показать полную схему для многоячеечной балансировки, потому что большинство из них полагаются на очень специализированные микросхемы, и конечный результат одинаков независимо от того, кто производит микросхемы.Система, показанная на «A», использует управляющий сигнал для зарядного устройства, чтобы уменьшить его ток, как только первая ячейка в батарее достигает максимального напряжения. Резистор, как показано на рисунке, может пропускать максимальный ток 75 мА при 4,2 В, и зарядное устройство не должно обеспечивать больше этого, иначе цепь разряда не сможет предотвратить перезаряд. Каждый резистор будет рассеивать только 315 мВт, но это быстро накапливается для очень большой аккумуляторной батареи, и именно здесь активная балансировка становится важной.

Реализация для устройств разных производителей сильно различается и зависит от принятого подхода.Некоторые из них управляются микропроцессорами и предоставляют микропроцессору информацию о состоянии для регулировки скорости заряда, в то время как другие являются автономными и часто в основном аналоговыми. Схема, показанная выше (‘B’), упрощена, но также вполне пригодна для использования, как показано. Три потенциометра по 20 кОм отрегулированы так, чтобы подавать точно 4,2 В на каждый регулятор. Когда действует балансировка (в конце заряда), доступный ток от зарядного устройства должен быть меньше 50 мА, иначе шунтирующие регуляторы не смогут ограничить напряжение.У этого типа балансировщика есть важное ограничение — если одна ячейка выйдет из строя (низкое напряжение или закорочено), остальные элементы будут серьезно перезаряжены!

Однако (и это важно), как и во многих других решениях, он не может оставаться подключенным, когда аккумулятор не заряжается. На каждой ячейке имеется постоянный сток около 100 мкА, и, если предположить, что ячейки 1,8 Ач, как и раньше, они будут полностью разряжены примерно через 2 года. Хотя это может показаться не проблемой, если оборудование не используется в течение некоторого времени, вполне возможно, что элементы разрядятся ниже точки невозврата.

Довольно много зарядных устройств, которые я тестировал, находятся в таком же положении. Их нельзя оставлять подключенными к батарее, поэтому необходимы некоторые дополнительные схемы, чтобы гарантировать отключение балансных цепей при отсутствии питания от зарядного устройства. Один продукт, который я разработал для клиента, нуждался во внутреннем балансировочном зарядном устройстве, поэтому была добавлена ​​релейная цепь для отключения балансных цепей, если зарядное устройство не было запитано. См. Раздел 8 для получения более подробной информации об этом подходе.

Для любой системы «активных стабилитронов», как показано выше, жизненно важно, чтобы выходное напряжение зарядного устройства было жестко регулируемым и имело тепловое отслеживание, которое соответствует напряжению эмиттер-база транзисторов (Q1 — Q3).Зарядное устройство могло бы легко продолжать обеспечивать свой максимальный выходной ток, но при этом весь его рассеивался бы в цепях байпаса элемента. Это также делает невозможным определение фактического тока батареи, поэтому он, вероятно, не выключится, когда должен.

---

6 — Схемы защиты аккумулятора

Защита аккумулятора и / или элемента важна для обеспечения того, чтобы ни один элемент не заряжался сверх безопасных пределов, а также для контроля аккумулятора при разряде, чтобы отключить аккумулятор в случае неисправности (например, чрезмерный ток или температура) и включить выключить аккумулятор, если его напряжение упадет ниже допустимого минимума.В идеале каждая ячейка в батарее должна контролироваться, чтобы каждая ячейка была защищена от глубокого разряда. Для литий-ионных элементов они не должны разряжаться ниже 2,5 В, и даже лучше, если минимальное напряжение элемента будет ограничено до 3 вольт. Потеря емкости в результате более высокого напряжения отсечки невелика, потому что напряжение литиевого элемента падает очень быстро, когда оно достигает предела разряда.

Поскольку эти схемы обычно встроены в аккумуляторную батарею и постоянно подключены, важно, чтобы они потребляли минимально возможный ток.Все, что потребляет больше нескольких микроампер, разряжает батарею, особенно если ее емкость относительно мала. Элемент (или аккумулятор) на 500 мА / ч будет полностью разряжен за 500 часов (20 дней), если цепь потребляет 1 мА, но это продлится почти до 3 лет, если потребление тока можно уменьшить до 20 мкА.

Цепи защиты

часто включают в себя обнаружение перегрузки по току, а некоторые могут отключать навсегда (например, с помощью внутреннего предохранителя), если батарея сильно разряжена.Многие используют плавкие предохранители с самовозвратом (например, устройства Polyswitch), или перегрузка обнаруживается электронным способом, и батарея отключается только на время существования неисправности. Существует много подходов, но важно знать, что некоторые внешние события (например, статический разряд) могут вывести цепь (и) из строя. С литиевыми батареями следует обращаться осторожно — всегда.

Рисунок 5 — Схема приложения SII S-8253D

На рисунке выше показана схема защиты трехэлементной литиевой батареи.Он не уравновешивает ячейки, но обнаруживает, превышает ли какая-либо ячейка в пакете порог «перезарядки», и прекращает зарядку. Он также остановит разряд, если напряжение на любой ячейке упадет ниже минимального. Переключение контролируется внешними полевыми МОП-транзисторами, и зарядное устройство должно быть настроено на правильное напряжение (12,6 В для показанной трехэлементной схемы при условии литий-ионных элементов).

Эти микросхемы (и другие микросхемы различных производителей) довольно распространены в азиатских платах BMS. Таблицы данных обычно не очень дружелюбны, и в некоторых случаях предоставляется огромное количество информации, но мало в виде схем приложений.Это кажется обычным для многих из этих микросхем других производителей — предполагается, что пользователь хорошо знаком со схемами балансировки батарей, что не всегда так. Показанный S-8253 имеет типичный ток потребления 14 мкА во время работы, и его можно уменьшить почти до нуля, если использовать CTL (управляющий) вход для отключения ИС, когда аккумулятор не используется или не заряжается. Полевые МОП-транзисторы отключат вход / выход, если элемент заряжен или разряжен сверх пределов, определенных IC.

---

7 — Мониторинг состояния заряда (SOC)

Аккумуляторные датчики уровня топлива часто являются не более чем уловкой, но новые методы сделали науку несколько менее произвольной, чем это было раньше. Самый простой (и наименее полезный) — контролировать напряжение батареи, потому что литиевые батареи имеют довольно пологую кривую разряда. Это означает, что необходимо обнаруживать очень небольшие изменения напряжения, а напряжение является очень ненадежным индикатором состояния заряда. Контроль напряжения может быть приемлемым для легких нагрузок в ограниченном диапазоне температур.Он отслеживает саморазряд, но общая точность оставляет желать лучшего.

Так называемый «кулоновский счет» измеряет и записывает заряд, идущий в батарею, и энергию, потребляемую из батареи, и вычисляет вероятное состояние заряда в любой момент времени. Он не дает точных данных об аккумуляторе, который из-за возраста изнашивается, и не может учитывать саморазряд, кроме как путем моделирования. Системы счета кулонов должны быть инициализированы циклом «обучения», состоящим из полной зарядки и разрядки.Изменения, вызванные температурой, не могут быть надежно определены.

Анализ импеданса — еще один метод, который потенциально является наиболее точным (по крайней мере, согласно Texas Instruments, производящей ИС, выполняющие анализ). Контролируя импеданс элемента (или батареи), можно определить степень заряда независимо от возраста, саморазряда или текущей температуры. TI называет свой метод анализа импеданса «Impedance Track ™» (сокращенно IT) и делает несколько довольно смелых заявлений о его точности.Я не могу комментировать так или иначе, потому что у меня нет батареи, использующей его, и у меня нет средств для запуска тестов, но это кажется многообещающим из информации, которую я видел до сих пор.

Эта статья посвящена надлежащему контролю заряда и разряда, а не контролю состояния заряда. Последнее удобно для конечного пользователя, но не является важной частью процесса зарядки или разрядки. Я не планирую предоставлять дополнительную информацию о «датчиках уровня топлива» в целом, независимо от технологии.

---

8 — Проекты с батарейным питанием

Ячейка 18650 (диаметр 18 мм и длина 65 мм) стала очень популярной для многих портативных устройств, и теперь они легко доступны по довольно разумным ценам.Конечно, не все они равны, и многие онлайн-продавцы выдвигают довольно диковинные заявления о емкости. Подлинные элементы 18650 имеют типичную емкость от 1500 мА / ч (миллиампер-час) до 3500 мА / ч, но подделки часто сильно преувеличивают оценки. Я видел, как они рекламировались как имеющие мощность до 6000 мА / ч, что просто невозможно. Максимальное значение, которое я видел, составляет 9 900 мА / ч, и это даже на больше невозможно, но, похоже, никого не волнует, что покупателей вводят в заблуждение.

Ячейка 18650 является опорой для многих аккумуляторных блоков портативных компьютеров, при этом 6-элементная батарея является довольно распространенной.Они могут быть подключены последовательно / параллельно для обеспечения удвоенной емкости (в мА / ч) при 11,1 вольт. Батарейный отсек содержит схемы балансировки и защиты, и элементы не подлежат замене. Это (ИМО) позор, потому что всегда будет дешевле заменить элементы, а не весь герметичный аккумулятор. Тем не менее, элементы в этих пакетах, как правило, относятся к типу «с выступами», с металлическими выступами, приваренными к элементам, поэтому они не зависят от физического контакта для электрического соединения.Это означает, что сделать их «заменяемыми пользователем» невозможно.

Одним из преимуществ использования отдельных ячеек является то, что многих проблем, поднятых в этой статье, можно избежать, по крайней мере, до некоторой степени. Будучи отдельными элементами, они обычно используются в пластиковом «батарейном блоке», обычно соединенном последовательно. Набор из четырех может обеспечить номинальное напряжение ± 7,4 В (каждая ячейка — 3,7 В), и этого достаточно для работы многих схем операционных усилителей, включая микрофонные предусилители, испытательное оборудование и многие другие.Зарядка проста — извлеките элементы из аккумуляторной батареи и заряжайте их параллельно с помощью специального зарядного устройства Li-Ion. При условии, что зарядное устройство использует правильное напряжение на клеммах (не более 4,2 В, предпочтительно немного меньше) и ограничивает пиковый зарядный ток в соответствии с используемыми элементами, зарядка безопасна и балансировка не требуется.

Как и во всем, есть предостережения. Схема, на которую подается питание, требует дополнительных схем для отключения аккумуляторной батареи при достижении минимального напряжения.Обычно это 2,5 В на элемент, поэтому автомат должен достаточно точно определять это и отключать аккумулятор, когда напряжение достигает минимума. Однако, если вы используете «защищенные» элементы, у них есть небольшая печатная плата внутри корпуса элемента, которая отключит питание, если элемент закорочен, он (обычно) предотвращает перезарядку и (обычно) имеет выключатель пониженного напряжения.

Но есть загвоздка! Хотя они по-прежнему используют то же обозначение размера (18650), многие защищенные ячейки немного длиннее. Некоторые из них могут быть до 70 мм в длину и не помещаются в аккумуляторные отсеки, предназначенные для «настоящих» ячеек 18650.Другие имеют правильную длину, но имеют меньшую емкость, потому что сама ячейка немного меньше, поэтому схема защиты подойдет. Эти ячейки также различаются положительным концом окончания — некоторые используют «кнопку» (почти такую ​​же, как у большинства щелочных ячеек), в то время как другие имеют плоскую вершину. Часто они не взаимозаменяемы.

Чтобы запутать ситуацию, есть также литиевые элементы размера AA (диаметр 14500 — 14 мм × длина 50 мм). Поскольку это элементы с напряжением 3,7 В, они являются ячейками , а не «AA», даже если они одинакового размера.Вы также можете купить «фиктивные» элементы AA, которые представляют собой не что иное, как оболочку размера AA (с оберткой, как у «настоящих» элементов), которая обеспечивает короткое замыкание. Они используются вместе с литий-ионными элементами в устройствах, предназначенных для использования двух или четырех элементов. Используются один или два Li-Ion и один или два фиктивных элемента, и большинство устройств вполне довольны результатом. Моя «рабочая лошадка» цифровая камера оснащена парой литий-ионных элементов размера AA и парой манекенов, и обычно ее нужно заряжать только каждые несколько недель (или даже до пары месяцев, если она мало используется).Нет абсолютно никакого сравнения между литий-ионными элементами и NiMh-элементами, которые я использовал ранее.

---

Существует несколько способов безопасного использования более «традиционных» литий-ионных аккумуляторов. В проекте, над которым я работал некоторое время назад, использовался литий-ионный аккумулятор 3S (три последовательных элемента) с номинальным напряжением 11,1 В. Он был установлен в корпусе вместе с электроникой, поэтому извлекать его для зарядки было нецелесообразно. Вместе с аккумулятором было установлено небольшое балансировочное зарядное устройство, уравновешивающие клеммы которого подключены через реле.Это было необходимо, потому что в противном случае балансировочные цепи разрядили бы аккумулятор. Стоимость зарядного устройства была такой, что было бы неразумно пытаться построить его за такие же деньги. Даже получить необходимые детали может быть непросто!

При добавлении реле и балансного зарядного устройства в систему необходимо было только подключить внешний источник питания (12 В) к стандартной розетке постоянного тока на задней панели, чтобы активировать реле и зарядить аккумулятор. Реле отключились, как только отключился внешний источник напряжения.Это сделало потенциально утомительную задачу (подключение зарядного устройства и балансировочного разъема) к тому, с чем «средний» пользователь мог бы легко справиться. Те, кто использует устройство, обычно (решительно) нетехнически, и ожидать, что они возятся с неудобными разъемами, было не вариант. Фотография используемого мною аранжировки показана ниже. Обычно используемый аккумулятор был рассчитан на 1500 мА / ч и мог поддерживать непрерывную работу системы регистрации данных в течение 24 часов. Зарядное устройство можно было подключить или вынуть во время работы системы.

Рисунок 6 — Система зарядки литий-ионных аккумуляторов 3S

Балансировочное зарядное устройство разработано специально для аккумуляторов 2S и 3S и стоит менее 10 долларов США у онлайн-поставщика различных аккумуляторов, зарядных устройств и т. Д. Для хобби. Используется диод, чтобы аккумулятор не удерживал реле включенными при зарядном устройстве. питание отключено. Без используемой схемы отключения реле балансные цепи разрядили бы аккумулятор за пару дней. Схема, питаемая от показанной системы, имела встроенный детектор напряжения, который был разработан, чтобы выключить все, когда общее напряжение питания упало примерно до 8 вольт.Плавкий предохранитель (½A) был включен в линию с выходом постоянного тока в качестве окончательной системы защиты, чтобы избежать катастрофического отказа силовой схемы.

На фото вы видите плату зарядного устройства баланса, установленную над платой реле и разъема. Светодиоды были выдвинуты так, что они выглядывали через заднюю панель, а входной разъем постоянного тока находится в крайнем левом углу. Сильноточные выводы от батареи в этом приложении не используются, потому что потребляемый ток намного ниже максимальной скорости разряда.Два реле видны справа, и только три балансных клеммы отключены, когда внешний источник постоянного тока отсутствует. Балансировочное зарядное устройство выглядит очень скудным, но у него есть несколько SMD-микросхем и других деталей на нижней стороне платы.

Рисунок 7 — Схема системы зарядки литий-ионных аккумуляторов 3S

На принципиальной схеме показано, как подключена система. Это легко сделать любому, кто думает об использовании подобного устройства, и небольшой кусок Veroboard легко соединяется с реле и диодами.Диод показан параллельно катушкам реле, и это необходимо для того, чтобы обратная ЭДС не повредила цепь зарядного устройства при отключении входа 12 В. D1 должен выдерживать полный входной ток зарядного устройства, который в данном примере составляет менее 1 А. Вся сложность в зарядном устройстве баланса — все остальное максимально просто. D1 предотвращает обратную передачу напряжения батареи от зарядного устройства, поэтому реле будут активированы только при наличии внешнего источника питания.Предохранитель следует выбирать в соответствии с нагрузкой. Эта схема подходит только для слаботочных нагрузок, поскольку в ней не используются сильноточные выводы батареи.

Это только одно из многих возможных приложений, и, как описано выше, иногда проще использовать стандартное зарядное устройство, чем собрать его с нуля. С другими приложениями у вас может не быть выбора, потому что «лучшие» зарядные устройства могут стать довольно дорогими и могут оказаться непригодными для повторного использования указанным способом. Для единичных или небольших производственных циклов использование того, что вы можете получить, обычно более рентабельно, но это меняется, если должно быть изготовлено большое количество единиц.

---

Выводы

Литиевые элементы и батареи — это современный «современный уровень техники» в технологиях хранения. За прошедшие годы усовершенствования сделали их намного безопаснее, чем ранние версии, и справедливо сказать, что разработка ИС является одним из основных достижений, поскольку существует ИС (или семейство ИС), предназначенное для мониторинга и контроля процесса зарядки и ограничения. напряжения, приложенные к каждой ячейке в батарее. Этот процесс снизил риск повреждения (и / или возгорания), вызванного перезарядкой, и продлил срок службы литиевых батарей.

На самом деле ни один состав батареи не может считаться на 100% безопасным. Ni-Mh и Ni-Cd (никель-металл-гидридные и никель-кадмиевые) элементы не будут гореть, но они могут вызвать сильный ток при коротком замыкании, что вполне способно вызвать воспламенение изоляции на проводах, воспламенение печатных плат и т. Д. токсичен, поэтому утилизация регулируется. Свинцово-кислотные батареи могут (и взрываются) взорваться, заливая все вокруг серной кислотой. Они также способны создавать большой выходной ток и выделять взрывоопасную смесь водорода и кислорода при перезарядке.Когда вам нужна высокая плотность энергии, альтернативы литию нет, и при правильном обращении риск на самом деле очень низок. Хорошо сделанные элементы и батареи будут иметь все необходимые гарантии от катастрофического отказа.

Это не означает, что литиевые батареи всегда будут безопасными, что было доказано многочисленными сбоями и отзывами по всему миру. Однако следует учитывать огромное количество используемых литиевых элементов и батарей. Их используют каждый современный мобильный телефон, ноутбук и планшет, и они распространены во многих моделях товаров для хобби и большинстве новых фотоаппаратов — и это лишь небольшой образец.В модельных самолетах используются литиевые батареи, потому что они имеют такую ​​хорошую плотность энергии и малый вес, а многие из последних модных моделей (например, дронов / квадрокоптеров) были бы непригодны для использования без литиевых батарей. Попробуйте оторваться от земли со свинцово-кислотным аккумулятором на борту!

Обычно рекомендуется избегать дешевых азиатских безымянных литиевых элементов и батарей. Хотя некоторые могут быть совершенно нормальными, у вас нет реального возмещения, если кто-то сожжет ваш дом дотла.Есть небольшая надежда, что жалоба на веб-сайт онлайн-аукциона приведет к финансовому урегулированию, хотя это в равной степени может относиться к товарам известных брендов, купленным в обычных магазинах. Поскольку в большинстве инструкций (часто непрочитанных и регулярно игнорируемых) говорится, что литиевые батареи нельзя заряжать без присмотра, это трудный аргумент. Однако, если учесть количество используемых литиевых батарей, отказы на самом деле случаются очень редко. К сожалению, когда происходит сбой и , результаты могут быть плачевными.Вероятно, не помогает то, что в средствах массовой информации поднимается большой шум каждый раз, когда выясняется, что литиевая батарея имеет потенциальную неисправность — это, по-видимому, достойно новостей.

Одно можно сказать наверняка — эти батареи должны быть заряжены должным образом, с соблюдением всех необходимых мер предосторожности против перенапряжения (полная балансировка элементов). Никогда не заряжайте батареи, если температура равна или ниже 0 ° C, а также если она превышает 35-40 ° C. Литий становится нестабильным при 150 ° C, поэтому необходим тщательный контроль температуры элементов, если вы должны заряжать при высоких температурах, и в идеале он должен быть частью зарядного устройства.Избегайте использования литиевых элементов и батарей там, где их корпус может быть поврежден или они могут подвергаться воздействию высоких температур (например, прямого солнечного света), так как это повышает внутреннюю температуру и резко снижает надежность, безопасность и срок службы батареи.

Как должно быть очевидно, одиночный литиевый элемент довольно легко зарядить. Вы можете использовать специальную ИС, но даже гораздо более простая комбинация регулятора 4,2 В и последовательного резистора подойдет для базового (медленного) зарядного устройства. Зарядные устройства с одной ячейкой (или несколькими параллельными ячейками) можно приобрести довольно дешево, а те, которые я использовал, работают хорошо и представляют очень небольшой риск.Даже в этом случае я никогда не выйду из дома, пока заряжается литиевая батарея или элемент. У лично у меня никогда не было проблем с литий-ионными батареями или элементами , и я использую довольно много из них для различных целей. Это помимо самых распространенных — телефонов, планшетов и ноутбуков. Литий-ионная химия оказалась гораздо более надежным вариантом по сравнению с Ni-Mh (металлогидридом никеля), где мне недавно пришлось утилизировать (как в переработчике, а не в цикле самих элементов) более половины из тех, что у меня были!

Когда вам нужно много энергии в небольшом, легком корпусе с возможностью перезарядки до 500-1000 раз, нет лучшего материала, чем литий.Если к ним относятся с уважением и не злоупотребляют, вы обычно можете рассчитывать на долгие и счастливые отношения со своими элементами и батареями. Они не идеальны, но они определенно превосходят большинство других химикатов с большим отрывом. О LiFePO ₄ (широко известных как просто LFP, LiFePO или LiFe) можно много сказать, потому что они используют более стабильный химический состав и с меньшей вероятностью сделают что-нибудь «неприятное». Однако до тех пор, пока ими не злоупотребляют, литий-ионные элементы и батареи могут прожить безопасную, долгую и счастливую жизнь.

Схему отключения аккумулятора, которая полностью отключает аккумулятор при падении напряжения до заданного предела, см. В проекте 184. Это было разработано специально для предотвращения чрезмерной чрезмерной разрядки, если оборудование с аккумуляторным питанием случайно остается включенным после использования.

---

Список литературы

1. Литий — Википедия
2. Почему загораются литиевые батареи
3. Зарядка литий-ионных аккумуляторов
4. Расчет литиевых батарей (FedEx)
5. UPS расширяет зону обслуживания опасных грузов — вам необходимо выполнить поиск по сайту
6. SII S8253 Лист данных (Seiko)
7. Вопросы безопасности литий-ионных аккумуляторов

---

---

Основной индекс
Указатель статей

Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2016. Воспроизведение или переиздание любыми способами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещено в соответствии с международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только в личных целях, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Страница создана и авторские права © ноябрь 2016 г., опубликовано в феврале 2017 г. / Обновлено в сентябре 2018 г. — только небольшие изменения. / Октябрь 2018 г. — добавлен раздел 8.

Зарядное устройство для литий-ионных батарей DIY: 8 шагов (с изображениями)

Давайте подробно рассмотрим этот модуль. На рынке доступны две версии этой коммутационной платы для литий-ионного зарядного устройства на основе TP4056; со схемой защиты аккумулятора и без нее. Мы будем использовать один со схемой защиты аккумулятора.

Коммутационная плата, содержащая схему защиты батареи, обеспечивает защиту с использованием ИС DW01A ( защита батареи IC ) и FS8205A ( Dual N-Channel Enhancement Mode Power MOSFET ).Следовательно, коммутационная плата с защитой аккумулятора содержит 3 микросхемы (TP4056 + DW01A + FS8205A), тогда как плата без защиты аккумулятора содержит только 1 микросхему (TP4056).

TP4056 — это полный модуль линейного зарядного устройства постоянного тока / постоянного напряжения для одноэлементных литий-ионных батарей. Благодаря корпусу SOP и небольшому количеству внешних компонентов TP4056 идеально подходит для использования в домашних условиях. Он может работать как с USB, так и с настенными адаптерами. Я приложил изображение контактной схемы TP4056 (изображение №2) вместе с изображением цикла зарядки (изображение №3) показывает зарядку постоянным током и постоянным напряжением. Два светодиода на этой коммутационной плате показывают различное рабочее состояние, такое как зарядка, прекращение зарядки и т. Д. (Изображение № 4).

Для безопасной зарядки литий-ионных аккумуляторов 3,7 В их следует заряжать постоянным током в 0,2–0,7 раза больше их емкости, пока их напряжение на клеммах не достигнет 4,2 В, затем их следует заряжать в режиме постоянного напряжения до зарядного тока. снижается до 10% от начальной скорости зарядки. Мы не можем прекратить зарядку на 4.2 В, потому что мощность, достигнутая при 4,2 В, составляет всего около 40-70% от полной мощности. Обо всем этом заботится TP4056. Теперь одна важная вещь , зарядный ток определяется резистором, подключенным к выводу PROG, модули, доступные на рынке, обычно поставляются с 1,2 кОм, подключенными к этому выводу, что соответствует току зарядки 1 ампер (Изображение № 5). Вы можете поиграть с этим резистором, чтобы получить желаемый зарядный ток.

Ссылка на техническое описание TP4056

DW01A — это микросхема защиты аккумулятора, на рисунке № 6 показана типичная схема приложения.МОП-транзисторы M1 и M2 подключаются извне через микросхему FS8205A.

Ссылка на техническое описание DW01A

Ссылка на техническое описание FS8205A

Все эти элементы собраны на коммутационной плате зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов TP4056, ссылка на которую указана в шаге №2. Нам нужно сделать только две вещи: подать напряжение в диапазоне от 4,0 до 8,0 В на входные клеммы и подключить батарею к клеммам B + и B- TP4056.

Далее мы соберем остальную часть схемы зарядного устройства.

Зарядка аккумулятора

% PDF-1.4 % 1 0 obj> поток application / pdf Зарядка аккумулятора

Примечания по применению

Texas Instruments, Incorporated [SNVA557,0]

iText 2.1.7 от 1T3XTSNVA5572011-12-08T01: 06: 25.000Z2011-12-08T01: 06: 25.000Z конечный поток эндобдж 2 0 obj> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / Font >>> / MediaBox [0 0 540 720] / Contents [7 0 R 8 0 R 9 0 R 10 0 R] / Type / Страница / Родитель 11 0 R >> эндобдж 3 0 obj> поток

Схема зарядного устройства литиевой батареи — Gadgetronicx

Gadgetronicx> Электроника> Принципиальные и электрические схемы> Схемы зарядного устройства> Схема

зарядного устройства для литиевой батареи

Команда Gadgetronicx 20 ноября 2019

Литиевые батареи

в наши дни широко используются почти повсеместно.К этим батареям нужно было обращаться по-особенному, так как зарядка и разрядка литиевой батареи — довольно своеобразный процесс. Для этой цели мы разработали схему зарядного устройства для литиевых аккумуляторов 7,4 В, которая способна эффективно удовлетворять их потребности в зарядке.

РАБОТА ЦЕПИ ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА ЛИТИЕВОЙ БАТАРЕИ:

Эта схема запускается с питанием 220/110 В переменного тока от обычной розетки. Этот источник переменного тока понижается с помощью понижающего трансформатора, который преобразует этот сигнал 220 В переменного тока в 24 В переменного тока.Этот сигнал переменного тока затем выпрямляется в сигнал постоянного тока. Этот сигнал 24 В переменного тока теперь преобразуется в 24 В постоянного тока.

Этот сигнал 24 В постоянного тока подается в классический регулятор 12 В 7812. Этот источник питания 12 В используется для питания IC LM3420 зарядного устройства литиевой батареи. LM3420 — это специальный чип для оптимальной зарядки литиевой батареи. Выход этого чипа достигает 8,4 В при зарядке литиевой батареи 7,4 В, так как напряжение зарядки литиевой батареи 7,4 В должно быть около 8,4 В.

ТРИКЛ ЗАРЯДКА:

Уникальность литиевых аккумуляторов в том, что они требуют разного зарядного тока в зависимости от уровня заряда для длительного и эффективного использования.Использование одного и того же зарядного тока в течение всего времени зарядки приведет к снижению уровня зарядки с течением времени. Именно здесь возникает концепция капельного заряда.

Капельная зарядка использует максимальный зарядный ток, когда батарея была в состоянии низкого заряда, например, 30%. Но как только зарядка начнется, напряжение аккумулятора повысится. Для литий-ионного аккумулятора 7,4 В выходное напряжение приближается к 8,4 В. Это будет напряжение зарядки, когда батарея сантиметров достигнет от 80% до 90%.В этот момент LM3420 снижает выходной ток с максимума до точки, при которой он будет эквивалентен току саморазряда батареи. Это концепция непрерывной зарядки, при которой зарядка их меньшим зарядным током в конце цикла зарядки продлит срок службы батареи и сохранит максимальную зарядную емкость батареи.

LM3420 использует этот метод для зарядки литиевой батареи 7,4 В и продления срока службы батареи, сохраняя при этом зарядную емкость батареи.

СПИСОК ЧАСТЕЙ:

1. Диод 1N4004
2. Резистор 2кОм, 1кОм
3. Регулятор напряжения 7812
4. Источник тока
5. Зарядное устройство LM3420

ПРИМЕЧАНИЕ:

1. Эта схема применима с литий-ионными батареями 7,4 В
2. Номинальный ток трансформатора должен быть не менее 1 А.

.

No related posts.