Site Loader

Содержание

Защита литий-ионных аккумуляторов (контроллер защиты Li-ion)

Защита литий-ионных аккумуляторов (Li-ion). Я думаю, что многие из вас знают, что, например, внутри аккумулятора от мобильного телефона имеется ещё и схема защиты (контроллер защиты), которая следит за тем, чтобы аккумулятор (ячейка, банка, итд…) не был перезаряжен выше напряжения 4.2 В, либо разряжен меньше 2…3 В. Также схема защиты спасает от коротких замыканий, отключая саму банку от потребителя в момент короткого замыкания. Когда аккумулятор исчерпывает свой срок службы, из него можно достать плату контроллера защиты, а сам аккумулятор выбросить. Плата защиты может пригодиться для ремонта другого аккумулятора, для защиты банки (у которой нету схем защиты), либо же просто можно подключить плату к блоку питания, и поэкспериментировать с ней. 

У меня имелось много плат защиты от пришедших в негодность аккумуляторов. Но поиск в инете по маркировкам микросхем ничего не давал, словно микросхемы засекречены. В инете находилась документация только на сборки полевых транзисторов, которые имеются в составе плат защиты. Давайте посмотрим на устройство типичной схемы защиты литий-ионного аккумулятора. Ниже представлена плата контроллера защиты, собранная на микросхеме контроллера с обозначением VC87, и транзисторной сборке 8814 (даташит тут):

На фото мы видим: 1 — контроллер защиты (сердце всей схемы), 2 — сборка из двух полевых транзисторов (о них напишу ниже), 3 — резистор задающий ток срабатывания защиты (например при КЗ), 4 — конденсатор по питанию, 5 — резистор (на питание микросхемы-контроллера), 6 – терморезистор (стоит на некоторых платах, для контроля температуры аккумулятора).

Вот ещё один вариант контроллера (на этой плате терморезистор отсутствует), собран он на микросхеме с обозначением G2JH, и на транзисторной сборке 8205A (даташит тут):

Два полевых транзистора нужны для того, чтобы можно было отдельно управлять защитой при заряде (Charge) и защитой при разряде (Discharge) аккумулятора. Даташиты на транзисторы находились практически всегда, а вот на микросхемы контроллеров – ни в какую!! И на днях вдруг я наткнулся на один интересный даташит на какой-то контроллер защиты литий-ионного аккумулятора (даташит тут). 

И тут, откуда не возьмись, явилось чудо — сравнив схему из даташита со своими платами защиты, я понял: Схемы совпадают, это одно и то же, микросхемы-клоны! Прочитав даташит, можно применять подобные контроллеры в своих самоделках, а поменяв номинал резистора, можно увеличить допустимый ток, который может отдать контроллер до срабатывания защиты. 

© Zlodey, г.Вельск, Октябрь 2013 г.

Контроллер или защита для заряда li-ion аккумулятора в аккумуляторе.Как это работает | Электронные схемы

литий-ионный аккумулятор сотового телефона

литий-ионный аккумулятор сотового телефона

В литий-ионных аккумуляторах телефонов,но не во всех,можно увидеть продолговатую плату,на которой размещено несколько деталей в SMD корпусах.Эта плата- контроллер заряда аккумулятора,она служит для защиты аккумулятора от перезаряда,переразряда и короткого замыкания.

контроллер заряда li-ion аккумулятора сотового телефона

контроллер заряда li-ion аккумулятора сотового телефона

Есть много разновидностей радиодеталей,на которых может быть выполнен контроллер,но в основном все работают одинаково,здесь на фото показаны три варианта плат.

типовая схема контроля заряда-разряда li-ion аккумулятора для телефона

типовая схема контроля заряда-разряда li-ion аккумулятора для телефона

На плате две микросхемы.Одна микросхема-это сборка из двух полевых транзисторов,другая-контроллер заряда-разряда аккумулятора.

Транзистор,подключенный к выводу OD,служит для контроля разряда аккум. Если напряжение на аккумуляторе станет ниже 2.3-2.5В,то микросхема закрывает этот транзистор и микросхема переходит в режим,с потреблением тока 0.1мкА. В итоге,на контактных выводах аккумулятора будет ноль напряжения и покажется,что аккум. неисправен,но на самом деле,его надо поставить на зарядку на несколько часов и он вновь зарядится.

Транзистор,подключенный к выводу OC,служит для подключения и отключения зарядного устройства.Если напряжение на аккумуляторе во время зарядки достигнет 4.28В,то микросхема закроет этот транзистор и заряд аккумулятора прекратится.

плата контроллера заряда литий-ионного аккумулятора телефона

плата контроллера заряда литий-ионного аккумулятора телефона

Также есть защита от короткого замыкания и от чрезмерной нагрузки.Если к аккумулятору подключить нагрузку с потребляемым током,допустим 3 Ампера,то защита выключит аккумулятор.

защита и контроль заряда li-ion аккумулятора

защита и контроль заряда li-ion аккумулятора

Можно увидеть некоторые описания того,что эту плату от телефона можно приспособить для заряда других li-ion аккумуляторов,но здесь есть некоторый нюанс.Плата контроллера от телефона,рассчитана на работу с конкретным аккумулятором с определенной емкостью и может не подойти для заряда другого аккумулятора.

плата контроля заряда-разряда аккумулятора от телефона

плата контроля заряда-разряда аккумулятора от телефона

Зарядное устройство для литиевых аккумуляторов своими руками. Как правильно заряжать аккумуляторы Li-ion: советы

У многих, наверное, возникает проблема с зарядкой Li-Ion аккумулятора без контроллера, у меня возникла такая ситуация. Достался убитый ноутбук, в аккумуляторе 4 банки SANYO UR18650A оказались живые.
Решил заменить в светодиодном фонарике, вместо трех батареек ААА. Встал вопрос об их зарядке.
Покопавшись в инете нашел кучу схемок, но с деталями у нас в городе туговато.
Пробовал заряжать от зарядки сотового, проблема в контроле заряда, нужно постоянно следить за нагревом, чуть начинает нагреваться нужно отключать от зарядки иначе аккумулятору каюк в лучшем случае, а то и можно устроить пожар.

Решил сделать самостоятельно. Купил в магазине постельку под аккумулятор. На барахолке купил зарядку. Для удобства отслеживания окончания заряда желательно найти с двухцветным светодиодом который сигнализирует о конце заряда. Он переключается с красного на зеленый при окончании зарядки.
Но можно и обычную. Зарядку можно заменить на шнур USB, и заряжать от компьютера или зарядки с USB выходом.
Моя зарядка только для аккумуляторов без контроллера. Контроллер я взял от старого аккумулятора сотового телефона. Она следит за тем, чтобы аккумулятор не был перезаряжен выше напряжения 4.2 В, либо разряжен меньше 2…3 В. Также схема защиты спасает от коротких замыканий, отключая саму банку от потребителя в момент короткого замыкания.
На нем стоят микросхема DW01 и сборка двух MOSFET-транзисторов (M1,M2) SM8502A. Есть и с другими маркировками, но схемы подобны этой, и работает аналогично.

Контроллер заряда от аккумулятора сотового телефона.


Схема контроллера.


Ещё одна схема контроллера.
Главное не перепутать полярность припайки контроллера с постелькой и контроллера с зарядкой. На платке контроллера указаны контакты «+» и «-» .

В постельке возле плюсового контакта желательно сделать явно заметный указатель, красной краской или самоклеющейся пленкой, во избежание переполюсовки.

Собрал всё воедино и вот что получилось.


Заряжает замечательно. При достижении напряжения 4,2 вольта контроллер отключает аккумулятор от зарядки, и переключается светодиод с красного на зелёный. Зарядка закончена. Заряжать можно и другие Li-Ion аккумуляторы, только применить другую постельку. Всем удачи.


Прогресс идет вперед, и на смену традиционно используемым NiCd (никель-кадмиевым) и NiMh (никель-металлогидридным) всё чаще приходят литиевые аккумуляторы.
При сравнимом весе одного элемента, литий имеет большую ёмкость, кроме того, напряжение элемента у них в три раза выше — 3,6 V на элемент, вместо 1,2 V.
Стоимость литиевых аккумуляторов стала приближаться к обычным щелочным батареям, вес и размер намного меньше, да к тому же их можно и нужно заряжать. Производитель говорит, 300-600 циклов выдерживают.

Размеры есть разные и подобрать нужный не составляет труда.
Саморазряд настолько низкий, что лежат годами и остаются заряженными, т.е. устройство остается рабочим когда оно нужно.

«С» значит Capacity

Часто встречается обозначение вида «xC». Это просто удобное обозначения тока заряда или разряда аккумулятора с долях его ёмкости. Образовано от английского слова «Capacity» (вместимость, ёмкость).
Когда говорят о зарядке током 2С, или 0.1С, обычно имеют в виду, что ток должен составлять (2 × емкость аккумулятора)/h или (0.1 × емкость аккумулятора)/h соответственно.
Например, аккумулятор емкостью 720 mAh, для которого ток заряда составляет 0.5С, надо заряжать током 0.5 × 720mAh/h = 360 мА, это относится и к разряду.

А можно сделать самому простое или не очень простое зарядное устройство, в зависимости от вашего опыта и возможностей.

Схема простого зарядного устройства на LM317


Рис. 5.


Схема с применением обеспечивает достаточно точную стабилизацию напряжения, которое устанавливается потенциометром R2.
Стабилизация тока не столь критична, как стабилизация напряжения, поэтому достаточно стабилизировать ток с помощью шунтирующего резистора Rx и NPN-транзистора (VT1).

Необходимый ток зарядки для конкретного литий-ионного (Li-Ion) и литий-полимерного (Li-Pol) аккумулятора выбирается путём изменения сопротивления Rx.

Сопротивление Rx приблизительно соответствует следующему отношению: 0,95/Imax.
Указанное на схеме значение резистора Rx соответствует току в 200 мА, это примерное значение, зависит так же от транзистора.

Надо снабдить радиатором в зависимости от тока заряда и входного напряжения.
Входное напряжение должно быть выше напряжения аккумулятора минимум на 3 Вольта для нормальной работы стабилизатора, что для одной банки составляет?7-9 V.

Схема простого зарядного устройства на LTC4054


Рис. 6.


Можно выпаять контролер заряда LTC4054 из старого сотового телефона, к примеру, Samsung (C100, С110, Х100, E700, E800, E820, P100, P510).


Рис. 7. У этого мелкого 5-ногого чипа маркировка «LTH7» или «LTADY»

Вдаваться в мельчайшие подробности работы с микросхемой я не буду, всё есть в даташите. Опишу только самые необходимые особенности.
Ток заряда до 800 мА.
Оптимальное напряжение питания от 4,3 до 6 Вольт.
Индикация заряда.
Защита от КЗ на выходе.
Защита от перегрева (снижение тока заряда при температуре больше 120°).
Не заряжает аккумулятор при напряжении на нём ниже 2,9 V.

Ток заряда задается резистором между пятым выводом микросхемы и землей по формуле

I=1000/R,
где I — ток заряда в Амперах, R — сопротивление резистора в Омах.

Индикатор разрядки литиевого аккумулятора

Вот простая схема, которая зажигает светодиод, когда батарея разряжена и её остаточное напряжение близко к критическому.


Рис. 8.


Транзисторы любые маломощные. Напряжение зажигания светодиода подбирается делителем из резисторов R2 и R3. Схему лучше подключать после блока защиты, чтоб светодиод не разрядил аккумулятор совсем.

Нюанс долговечности

Производитель обычно заявляет 300 циклов, но если заряжать литий всего на 0,1 Вольта меньше, до 4.10 В, то количество циклов возрастает до 600 и даже более.

Эксплуатация и меры предосторожности

Можно с уверенностью сказать, что литий-полимерные аккумуляторы самые «нежные» аккумуляторы из существующих, то есть требуют обязательного соблюдения нескольких несложных, но обязательных правил, из-за несоблюдения которых случаются неприятности.
1. Не доспускается заряд до напряжения, превышающего 4.20 Вольт на банку.
2. Не доспускается короткое замыкание аккумулятора.
3. Не доспускается разряд токами, превышающими нагрузочную способность или нагревающими аккумулятор выше 60°С. 4. Вреден разряд ниже напряжения 3.00 Вольта на банку.
5. Вреден нагрев аккумулятора выше 60°С. 6. Вредна разгерметизация аккумулятора.
7. Вредно хранение в разряженном состоянии.

Невыполнение первых трех пунктов приводит к пожару, остальных — к полной или частичной потере ёмкости.

Из практики многолетнего использования могу сказать, что ёмкость аккумуляторов изменяется мало, но увеличивается внутреннее сопротивление и аккумулятор начинает работать меньше по времени при больших токах потребления — создаётся впечатление, что ёмкость упала.
По этому я обычно ставлю ёмкость побольше, какую позволяют габариты устройства, и даже старые банки, которым лет по десять, работают вполне прилично.

Для не очень больших токов подходят старые аккумуляторы от сотовых.


Из старой ноутбучной батареи можно вытащить много вполне рабочих аккумуляторов формата 18650.

Где я применяю литиевые батареи

Давно переделал шуруповерт и электроотвертку на литий. Пользуюсь этими инструментами нерегулярно. Теперь даже через год неиспользования они работают без подзарядки!

Маленькие батареи ставлю в детские игрушки, часы и т.д., где с завода стояли 2-3 «таблеточных» элемента. Там где нужно ровно 3V добавляю один диод последовательно и получается как раз.

Ставлю в светодиодные фонарики.

В тестер вместо дорогой и малоёмкой «Кроны 9V» установил 2 банки и забыл все проблемы и лишние затраты.

Вообще ставлю везде, где получается, вместо батареек.

Где я покупаю литий и полезности по теме

Продаются . По этой же ссылке найдёте модули зарядок и пр. полезности для самодельщиков.

На счёт ёмкости китайцы обычно врут и она меньше написанной.


Честные Sanyo 18650

Здравствуйте, друзья! Как и обещал, выкладываю обзор миниатюрной зарядной платы. Она предназначена для заряда литий-ионных аккумуляторов. Основная ее фишка в том, что она не «привязана» в какому-либо конкретному типоразмеру — 186500, 14500 и т.д. Подойдет абсолютно любой литий-ионный аккумулятор, к которому можно подключить «плюс» и «минус».

Плата совсем миниатюрная.

Не смотря на наличие USB-micro входа для подачи питания, входные «плюс» и «минус» продублированы еще и клеммами.

Это очень даже неплохой плюс. Объясню почему.

Во-первых, можно взять какой-нибудь блок питания припаять провода напрямую к плате. Поможет в том случае, если USB-micro вход по каким-то причинам окажется неисправным.

Во-вторых, можно взять, скажем, 3 платы, соединить три входных плюса и три входных минуса (получится параллельное соединение), и тогда от одного блока питания можно будет заряжать одновременно 3 аккумулятора. А если хочется зарядить аккумуляторы побыстрее, то можно будет подключить второе и даже третье зарядное устройство.

Выходы на аккумулятор, кстати, тоже можно запараллелить.

Т.е., если соединить те же 3 платы не только на входе, но и на выходе, то можно получить очень мощное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов. В данном случае это будет зарядка на 3А.

Но один достаточно смешной момент все-таки есть — отверстия на выходных плюсе и минусе — разного диаметра. Почему так — не знаю.

Ну да ладно, это мелочь. Главное чтоб она нормально работала. Кстати, именно этим мы сейчас и займемся — проверкой работоспособности данной платы.

Тест 1. Отсечка по факту полного заряда.

Этот тест я проводил на двух аккумуляторах — оригинальном Панасонике на 3400mAh и на фейковом ноунейме на 5000mAh (а если серьезно — 450mAh).

Синий огонек на плате свидетельствует о том, что заряд аккумулятора завершен. Мультиметр при этом показывает 4,23В. Да, я не спорю, 4,25В на заряженном аккумуляторе это как бы тоже в пределах нормы, но… Вообще выше 4,2В как бы не желательно. А может что-то изменится, если плату отключить?

Почти те самые идеальные 4,2В. Т.е. аккумулятор все-таки заряжен «без излишеств». Но что будет, если Вы забыли снять аккумулятор сразу после его полного заряда? Обратите внимание, на приведенном выше фото почти 6 часов вечера. Подключим зарядку обратно и оставим в таком состоянии на несколько часов.

(спустя 5 с чем-то часов)

Я снова отключил плату, чтоб она не мешала измерениям напряжения на аккумуляторе. И что в итоге?

Никакого повышения напряжения на аккумуляторе не произошло. Может дело в емкости аккумулятора? Что будет, если вместо оригинальных Панасоников зарядить фейковые ноунеймы на 450mAh реальной емкости? Так и сделал — сначала разрядил один такой аккумулятор, а потом поставил заряжаться. И уснул.

А на утро… Ну что ж, отключаем зарядную плату и…

Итак, мы выяснили, что отсечка заряда происходит при достижении напряжения в 4,2В. Но на фото напряжение ниже. Т.е. после окончания заряда никакой «дозаправки» не происходит. Поясню. Некоторые зарядные устройства после окончания заряда продалжают подавать небольшой ток (буквально 10-15mA) для того, чтоб компеенсировать саморазряд аккумулятора. Здесь этого не происходит. Но это не страшно. Избыточный заряд — гораздо страшнее.

Подведем черту:
— заряжает до напряжения 4,19В и производит отсечку
— компенсация саморазряда не производится.

Проще говоря, тест пройден с успехом.

Тест 2. Ток.

Китаяц обещал, что данная плата способна заряжать током до 1А. Проверим? Для этого я почти разрядил один из имеющихся Панасоников (примерно до 3,3В), а потом поставил на зарядку. И что мы имеем?

Наблюдательные спросят — «а зачем ты USB-тестер из цепи убрал? ты ему не доверяешь что ли?». Друзья, этот USB-тестер хорош для замера емкости аккумулятора, но для замера мощности зарядной платы он не подходит. И вот почему. Буквально сразу же я встроил uSB-тестер обратно в цепь и…

… и сила тока заряда упала на целых 200mA. Именно по этой причине я ВСЕГДА ставлю дизлайки к тем видео, где чувак берет USB-зарядку, втыкает туда такой тестер, дает нагрузку, токоотдача не соответствует заявленной (например, заявлено 2A, а отдача составляет 1,5A), а потом еще и диспут с продавцом открывает, мол, как это так, мне 1,5А мало, мне 2А подавай! Я не знаю, с чем это связано, но после того, как я сделал эти 2 фото, я снова убрал USB-тестер из цепи и ток заряда восстановился до 1А.

Так что данной характеристике плата полностью соответствует.

Тест 3. Нагрев.

Ну тут все просто — подождал 10 минут, а потом «снял» температуру с помощью пирометра.

Я не буду разбираться нормально это или нет. Я просто добавлю к ней алюминиевый радиатор охлаждения.

Тест 4. Поведение при работе с избыточно заряженными аккумуляторами.

Друзья, параллельно с обзором на эту зарядную плату, я отщелкиваю еще и обзор на панасоники. Поэтому в этих двух обзорах несколько фотографий будет одинаковыми. Так вот. Ради теста я разрядил один из Панасоников до недопустимо низкого напряжения.

И вот сейчас у любителей данных Панасоников сердце облилось кровь. Ведь они ожидали увидеть разряд до 2,4В, может даже 2,2В, но никак не 1,77В.

Я обнулил счетчик тестера и поставил заряжаться. И вот тут я был приятно удивлен. Я ожидал, что из-за малого сопротивления аккумулятора ток будет запредельно высоким, что даже с USB-тестером ток будет ближе к 2А, что зарядная плата будет работать в бешеных перегрузках, почти на коротком замыкании, и прочую драму, которая заставляет радиолюбителей сидеть и трястись от мыслей вроде «да что ж ты делаешь, ублюдок!» Ничего подобного.

Всего 80mA (ОК, округлим до 100) — так называемый «восстановительный» ток. Фантастика! Т.е. эта плата умеет работать еще и с избыточно разряженными аккумуляторами!

А может она просто глючит? Не думаю. Спустя некоторое время, когда аккумулятор принял в себя примерно 35mAh, ток зашкалил за 1А.

Пока включил цифровик, пока настроил, пока туда-сюда, аккумулятор принял в себя 50mAh. Именно их мы и вычтем из итоговой емкости, которую нам покажет USB-тестер. Но это уже совсем другая история.

Друзья, учитывая цену в 50р — данная микросхема достойна аплодисментов.

Мудрость: чем сильнее бабушка любит внука — тем круче этот внук отыгрывается на своих родителях.

Кинокомпания «Разоблачение» представляет… Триллер «Кабелерез». В главных ролях:

Зарядное устройство для li ion аккумуляторов , схема которого приведенная в данной статье, было разработано на основе опыта конструирования подобных зарядников, усилиях по ликвидации ошибок и достижения максимальной простоты. Зарядное устройство отличается высокой стабильностью выходного напряжения.

Описание зарядки для литий ионных аккумуляторов

Основным элементом конструкции является (IO1) — источник опорного напряжения. Его стабильность значительно лучше, чем допустим , а, как известно для литий-ионных аккумуляторов это является очень важной характеристикой при зарядке.

Элемент TL431 используется в данной схеме в качестве стабилизатора тока в работе транзисторов Т1 и Т2. Зарядный ток протекает через R1. Если падение напряжения на этом резисторе превышает примерно 0,6 вольт, происходит ограничение тока проходящего через транзисторы Т1 и Т2. Значение резистора R1 эквивалентно току зарядки.

Выходное напряжение управляется вышеупомянутым элементом TL431. Значение определяется делителем выходного напряжения (R5, R7, P1).

Компоненты R4, С1 для подавления помех. Очень удобным является индикация величины зарядного тока, при помощи светодиода LED1. Свечение показывает какой ток протекает в базовой цепи транзистора T2, который пропорционален выходному току. По мере зарядки литий-ионного аккумулятора, яркость светодиода постепенно снижается.

Диод D1 предназначен для предотвращения разряда литий-ионного аккумулятора при отсутствии напряжения на входе зарядного устройства. Схема зарядки аккумулятора не нуждается в защите от неправильного подключения полярности li-ion аккумулятора.

Все компоненты размещены на односторонней печатной плате.

Датчик тока — резистор R1 состоит из нескольких резисторов соединенных параллельно. Транзистор Т2 необходимо разместить на теплоотводе. Его размер зависит от тока зарядки и разности напряжений между входом и выходом зарядного устройства.

Схема зарядного устройства литий-ионного аккумулятора настолько проста, что при правильном монтаже радиодеталей должна заработать с первого раза. Единственно, что может потребоваться, так это установка выходного напряжения. Для литий-ионного аккумулятора это примерно 4,2 вольт. При холостом ходе транзистор Т2 не должен быть горячим. Входное напряжение должно быть хотя бы на 2 вольт выше, чем необходимое напряжение на выходе.

Схема предназначена для зарядного тока до 1 ампер. Если нужно повысить ток заряда li-ion аккумулятора, то необходимо уменьшить сопротивление резистора R6 и выходной транзистор Т2 должен быть повышенной мощности.

В конце процесса зарядки светодиод все же немного светится, что бы это устранить, можно просто подключить параллельно со светодиодом резистор сопротивлением 10…56 кОм. Так при снижении тока заряда ниже 10 мА светодиод перестанет светиться.

http://web.quick.cz/PetrLBC/zajic.htm


Li-ion аккумуляторы типа 18650 различной емкости получили в настоящее время очень широкое распространение. С их приобретением встает проблема зарядки и обязательно в соответствии с техническими требованиями к процессу зарядки. Вот некоторые из этих требований:
— зарядка стабильным током;
— режим стабилизации напряжения;
— индикация окончания зарядки;
— непревышение допустимой температуры в процессе зарядки аккумулятора.

Вашему вниманию предлагается несложная в изготовлении и наладке схема ЗУ Li-ion аккумуляторов, хорошо зарекомендовавшая себя в работе.

Схема представляет собой стабилизатор тока и напряжения. Пока напряжение на аккумуляторе в процессе зарядки не достигнет уровня Uстаб.=(R7/R5+1)*Uref (Uref-опорное напряжение TL431=2,5В), TL431 находится в закрытом состоянии, и схема работает как стабилизатор тока. Iстаб.=0,6/R2 (0,6-напряжение открывания транзистора КТ816В). Как только напряжение на аккумуляторе достигнет Uстаб., схема переходит в режим стабилизации напряжения. Для Li-ion аккумулятора эта величина равна 4,2В. По достижении на аккумуляторе напряжения 4,2В начинает светиться светодиод желтого цвета, сигнализируя о том, что аккумулятор заряжен на 80-90%.Зарядный ток снижается до величины 7…8мА. В этом состоянии оставьте аккумулятор на 10-15 часов, чтобы он набрал полную емкость.

Немного о назначении элементов схемы.
LED1 — синего цвета, светится при установке аккумулятора (АК) в зарядный бокс при неподключенном питании ЗУ. При напряжении на АК менее 3В LED1 не светится.
LED2 — желтого цвета. Служит для индикации окончания процесса зарядки АК. При установке в бокс незаряженного АК LED2 не светится. Если он светится, то это говорит о том, что в бокс вставлен заряженный АК (при неподключенном питании ЗУ).
R2 — ограничивает зарядный ток АК.
R5, R7 — служат для установки напряжения 4,2В на контактах зарядного бокса до установки в него аккумулятора (можно любым).

Все детали ЗУ, кроме транзистора, установлены на печатной плате со стороны печатных проводников:

Вариант платы для тех, кто не ленится сверлить отверстия в стеклотекстолите:

Транзистор снабжен небольшим радиатором. В процессе зарядки транзистор греется до 40°С. Резистор R2 также греется, поэтому лучше установить параллельно два по 10 Ом для уменьшения нагрева.
Напряжение блока питания для зарядки одного аккумулятора примерно 5В постоянного тока. При необходимости заряжать сразу несколько аккумуляторов напряжение БП выбирается таким, чтобы на каждом блоке оно составляло 4,2В. Мощность блока питания выбирается из величины зарядного тока для каждого аккумулятора. Можно использовать импульсный источник питания. Габариты зарядного устройства будут меньше.
Процесс наладки зарядного устройства несложен. Не вставляя аккумулятор, подаем питание на схему. Должны светиться оба светодиода. Далее измеряем напряжение на контактах зарядного бокса. Если оно равно 4,2В, вам повезло и наладка почти завершена. В случае, если напряжение больше или меньше 4,2В, отключаем питание, вместо резистора R5 или R7 впаиваем переменный многооборотный резистор 10к и точно устанавливаем напряжение 4,2В на контактах бокса. Измерив величину получившегося сопротивления настоечного резистора, подбираем такой же постоянный и впаиваем в схему. Еще раз проверяем напряжение на контактах зарядного бокса. Величину зарядного тока проверяем амперметром на контактах зарядного бокса, не вставляя аккумулятор. Подбором величины резистора R2 можно установить желаемый зарядный ток. Большими токами не увлекаемся, может греться аккумулятор, что категорически недопустимо. От перегрева емкость Li-ion аккумуляторов снижается и не восстанавливается.
Аккумуляторы лучше всего заряжать по одному. При необходимости заряжать одновременно несколько аккумуляторов можно соединить блоки последовательно по такой схеме.

В этой схеме каждый аккумулятор заряжается отдельно. Напряжение в конце зарядки на каждом АК будет 4,2В, а зарядный ток — 0,5А. Заряжая одновременно, например, семь аккумуляторов, напряжение источника питания должно быть 4.2В*7=29,5В. Мощность источника питания определяется по величине зарядного тока 0,5А для каждого АК, т.е приблизительно 40Вт.

Фото готового устройства.

Читайте также…
-6*10

Вбат (J2) = 4,2 В.

IC CN3065 представляет собой комплексное линейное зарядное устройство с постоянным током и постоянным напряжением для одноэлементных литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов. Эта микросхема обеспечивает статус зарядки и статус завершения зарядки. Он поставляется в 8-контактном корпусе DFN.

Принципиальная схема

Требуемые компоненты (спецификация)

1 2
1 1 C1 22 мкВФ C_0805_2012625 C_0805_2012 1 1
2 C2 4.7μF C_0805_2012Metric 1
3 R1 330Ω R_0805_2012Metric 1
4 R2 2.25KΩ R_0805_2012Metric 1
5 R3 10Ω 10Ω R_0805_20126126 1
6 U1 CN3065 DFN-8_2x2mm_p0.5 мм
7 GREEN1, RED1 LED LED_0805_2012Metric
8 J1 ВХОД JST_EH_B2B-ЕН-A_1x02_P2.50mm_Vertical 1
9
9 J2 батареи jst_eh_b2b-eh-a_1x02_p2.50mm_vertical 1

Строительство и работа

IC CN3065 поставляется со встроенным 8-битным АЦП и может автоматически регулировать зарядный ток в зависимости от выходной мощности входного источника питания.Эта микросхема подходит для солнечной энергетической системы. Эта ИС работает при постоянном токе и постоянном напряжении с тепловым регулированием, чтобы максимизировать скорость заряда без риска перегрева. Эта микросхема обеспечивает определение температуры батареи.

В этой схеме зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов на солнечной энергии мы можем использовать любую солнечную панель от 4,2 В до 6 В, а зарядный аккумулятор должен быть литий-ионным аккумулятором на 4,2 В. Как уже упоминалось, эта микросхема CN3065 имеет всю необходимую схему зарядки аккумулятора на микросхеме, нам не нужно много внешних компонентов.Питание от солнечной панели напрямую подается на контакт Vin через J1. Конденсатор C1 выполняет операцию фильтрации. Красный светодиод указывает на состояние зарядки, а зеленый светодиод указывает на состояние завершения зарядки. Выходное напряжение на батарею, полученное с контакта BAT CN3065. Штыри обратной связи и датчика температуры подключены к разъему J2. Подробную информацию о регулировании тока и напряжения см. в техническом описании.

Печатная плата

Солнечная энергия литий-ионная схема зарядного устройства PCB Gerber Files.

Средство просмотра интерактивной доски

Внедрение ИС защиты литий-ионных аккумуляторов

ИС защиты литий-ионных аккумуляторов защищают литий-ионные аккумуляторы от перезаряда, переразряда, перегрузки по току и короткого замыкания.
ABLIC предлагает разнообразную линейку из примерно 1750 ИС для защиты аккумуляторов, охватывающих широкий спектр элементов, приложений и функций защиты.Мы также оказываем мощную поддержку в разработке аккумуляторных блоков, ориентированных на безопасность, включая высокую точность, низкое потребление тока, небольшие и легкие корпуса, каскадное соединение, позволяющее последовательно подключать многоэлементные аккумуляторы, и вторую защиту.

1. Преимущества продукции ABLIC

Соответствующая конструкция цепи

Разнообразный модельный ряд

Мы предлагаем разнообразную линейку из примерно 1750 ИС для защиты аккумуляторов, охватывающих широкий спектр элементов, приложений и функций защиты.Какими бы ни были ваши потребности в разработке, мы поставляем соответствующие продукты.

Безопасные и надежные продукты

25 лет и более в отрасли

Мы разрабатываем и производим микросхемы для защиты аккумуляторов с 1993 года и имеем более чем 25-летний опыт работы в отрасли.

Повышает производительность батареи

Высокая точность, малое энергопотребление

Мы используем КМОП-технологию, выдерживающую высокое напряжение, для производства ИС, отличающихся высокой точностью и низким потреблением тока.

Маленький, тонкий и легкий

Использование самого маленького в мире корпуса размером 1,2 мм × 1,2 мм экономит драгоценное пространство, отвечая потребностям разработчиков, создающих небольшие, тонкие и легкие аккумуляторные блоки.

2. Предложение схемы защиты [для 1 блока элементов]

Приложения

Функция энергосбережения

Ток разряда аккумуляторной батареи и потребление тока схемой защиты могут быть практически устранены при транспортировке аккумуляторной батареи.


3. Предложение схемы защиты [для многоэлементного блока]

Преимущество ИС защиты аккумуляторов ABLIC для многоэлементных аккумуляторов

  1. Способен работать независимо от микроконтроллера
    • Нет необходимости разрабатывать сложное управляющее программное обеспечение.
    • Непрерывно отслеживает состояние батареи в автономном режиме.
    • Надежная аппаратная защита повышает безопасность аккумуляторных батарей.
  2. Добавление защитных ИС помогает повысить безопасность
    • В соответствии со стандартами UL, IEC и другими стандартами может потребоваться принятие мер по устранению одиночных неисправностей.
      Интеграция ИС защиты в систему помогает соблюдать стандарты.
  3. Технические возможности для реализации оптимальных схем защиты
    • Мы предоставляем техническую поддержку от выбора и сочетания оптимальных продуктов до разработки индивидуальных схем защиты.
    • Для получения подробной информации обращайтесь в наш отдел продаж.

Приложения

Функция тепловой защиты

Один термистор NTC позволяет контролировать температуру в четырех точках, две (высокая/низкая) точки при каждой зарядке/разрядке, а также контролировать зарядку/разрядку батарей.


ИС защиты литий-ионных аккумуляторов Таблица выбора

4. Служба предложения цепей защиты

ABLIC предлагает схемы защиты с функциями защиты, которые оптимально подходят для ваших приложений и конфигурации номеров сот.
Для получения подробной информации обращайтесь в наш офис продаж.

ИС для защиты литий-ионных аккумуляторов

доступны онлайн!

↓ Интернет-магазин ↓

(PDF) Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов со схемой плавного управления и встроенным компенсатором сопротивления для обеспечения стабильной и быстрой зарядки57, НЕТ. 2, ФЕВРАЛЬ 2010

Рис. 18. Осциллограмма напряжения в период обнаружения.

Рис. 19. Сравнение опорного напряжения сдвига между результатами моделирования и

экспериментальными результатами.

Рис. 20. Сравнение зарядного тока и напряжения аккумулятора

зарядного устройства с применением и без использования метода BRC.

укорочен примерно на 20 мин. Другими словами, производительность быстрой зарядки

достигается за счет технологии BRC.

V. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В этой статье предложен метод плавного перехода от

CC к этапу CV для литий-ионного зарядного устройства. Из-за внешнего

паразитного сопротивления литий-ионной аккумуляторной системы традиционная

схема зарядного устройства переключается с CC на CV

без полной зарядки элемента до номинального значения напряжения. Ухудшающий ток

на этапе CV

тратит много времени на полную зарядку аккумулятора.Таким образом, концепция метода BRC

позволяет достичь почти полного заряда на стадии CC, но не на стадии

CV из-за большего зарядного тока. То есть предлагаемая схема

заключается в перераспределении периодов работы ступеней СС

и CV в процессе заряда. На срок службы батареи

метод BRC не влияет. Новая технология BRC

, примененная к зарядному устройству, может сократить время зарядки литий-ионной батареи

.Он может динамически оценивать внешнее сопротивление

системы батарейного блока, чтобы продлить период стадии CC до

для достижения быстрой реакции на зарядку. Экспериментальные результаты показывают,

, что период стадии CC может быть увеличен примерно до 40%

исходного проекта. То есть зарядное устройство с технологией BRC

может плавно переходить из стадии CC в стадию CV, а

имеет характеристики быстрой зарядки.

БЛАГОДАРНОСТЬ

Авторы благодарят Исследовательский институт промышленных технологий

и Chunghwa Picture Tubes, Ltd.за их

помощь.

ССЫЛКИ

[1] М. Чен и Г. А. Ринкон-Мора, «Точная, компактная и энергоэффективная схема зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов», IEEE Trans. Цепи Сист. II, эксп.

Сводки, том. 53, нет. 11, стр. 1180–1184, ноябрь 2006 г.

[2] М. Дж. Исааксон, Р. П. Холландзорт, П. Дж. Джампаоли, Ф. А. Линковаки,

А. Салим и В. Л. Теофило, «Усовершенствованное зарядное устройство для ионно-литиевых аккумуляторов», в

проц. 15-го года. Батарея Конф.заявл. Adv., январь 2000 г., стр. 193–198.

[3] К.-К. Цай, С.-Ю. Лин, Ю.-С. Хван, В.-Т. Ли и Т.-Ю. Ли, «Многорежимное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов на базе LDO

с технологией 0,35 м CMOS

», в Proc. Азиатско-Тихоокеанская конференция IEEE. Circuits Syst., декабрь 2004 г., стр.

49–52.

[4] Ю.-С. Хван, С.-К. Ван, Ф.-К. Ян и Ж.-Ж. Чен, «Новое компактное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов CMOS

с использованием технологии подкачки заряда для портативных приложений

», IEEE Trans.Цепи Сист. Я, рег. Бумаги, том.

54, нет. 4, стр. 705–712, апрель 2007 г.

[5] Дж. Бакстон, «Зарядка литий-ионных аккумуляторов требует точного измерения напряжения»,

Anal. Устройства Анальные. Диалог., вып. 31, нет. 2, стр. 3–4, 1997.

[6] H. Vaidyanathan и G. Rao, «Электрические и тепловые характеристики

литий-ионных элементов», в Proc. 14-го года. Батарея Конф. заявл. Adv., 1999,

стр. 79–84.

[7] Дж. Лопес, М. Гонсалес, Дж. К. Виера и К.Бланко, «Быстрая зарядка литий-ионных аккумуляторов

для портативных устройств», в Proc. 26-го года. IN-

TELEC, сентябрь 2004 г., стр. 19–24.

[8] А. М. Рахими, «Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов для зарядки до восьми элементов

», в Proc. IEEE Conf., Vehicle Power Propulsion, 2005, стр.

131–136.

[9] С. Дирборн, «Зарядка литий-ионных аккумуляторов для максимального времени работы»,

Power Electron. Технол. Маг., вып. 31, нет. 4, стр. 40–49, апрель 2005 г.

[10] F. Lima, J. N. Ramalho, D. Tavares, J. Duarte, C. Albuquerque, T.

Marques, A. Geraldes, AP Casimiro, G. Renkema, J. Been и

W. Groeneveld, «Новое универсальное зарядное устройство для NiCd, NiMH,

Li-ion и Li-polymer», в Proc. Евро. Конференция по твердотельным схемам, 2003 г.,

, стр. 209–212.

[11] «LTC1733: монолитное линейное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов с терморегуляцией

», Linear Technol., Milpitas, CA, 2001 [онлайн].

Доступно: http://www.linear.com/

[12] Р. Сен-Пьер, «Метод динамической компенсации напряжения для восстановления времени заряда в литий-ионных батареях», в Proc. 15-го года. Аккумулятор

Конф. заявл. Adv., январь 2000 г., стр. 179–184.

[13] J. Ramirez-Angulo, R.G. Carvajal, A. Torralba, J. Galan, A.P. Vega-

Leal, and J. Tombs, “The flipped Voltage Repeater: A Useful cell for

low-voltage low -схема питания», IEEE Trans.Цепи Сист. I,

Рег. Бумаги, том. 52, нет. 7, стр. 1276–1291, июль 2005 г.

[14] И. Падилья, Дж. Рамирес-Ангуло, Р. Г. Карвахаль и А. Лопес-Мартин,

«Высоколинейный преобразователь V/I с программируемыми токовыми зеркалами ”, в

Proc. IEEE ISCAS, май 2007 г., стр. 941–944.

[15] Х.-В. Хуанг, К.-Х. Чен и С.-Ю. Куо, «Модуляция с пропуском дизеринга, контроллеры ширины

и мертвого времени в высокоэффективных преобразователях постоянного тока

для систем на кристалле», IEEE J.Твердотельные схемы, том. 42,

нет. 11, стр. 2451–2465, ноябрь 2007 г.

Разрешенное лицензированное использование ограничено: Национальный университет Цзяодун. Загружено 23 апреля 2010 г. в 07:06:57 UTC с сайта IEEE Xplore. Ограничения применяются.

Как сделать схему зарядного устройства для литий-полимерных аккумуляторов

В заявке описывается простая литий-полимерная батарея с функцией отключения заряда.
Литий-полимерный аккумулятор или, возможно, липо-батарея — это инновационная разновидность широко используемых литий-ионных аккумуляторов, и точно так же, как и его более старый аналог, имеет строгие параметры зарядки и разрядки.
Несмотря на это, если внимательно посмотреть на эти характеристики, мы обнаружим, что они довольно снисходительны, поскольку речь идет о ценах, чтобы быть более точным, липо-батарея может быть наложена по цене 5C и произведена даже намного дороже. номинальной мощности, здесь «С» — номинальная мощность аккумулятора в Ач.
Приведенные выше характеристики фактически дают нам возможность использовать гораздо больше входных токов, не беспокоясь о перегрузке по току для батареи, что обычно бывает, когда требуются свинцово-кислотные батареи.
Это означает, что во многих случаях номинальная сила тока на входе может быть упущена из виду, учитывая, что номинальная мощность, как правило, может не превышать спецификацию 5 x AH для батареи. Имея это в виду, всегда лучше и безопаснее заряжать такие важные устройства со скоростью, которая может быть ниже максимального установленного уровня, C x 1 вполне может быть захвачена как оптимальная и самая безопасная скорость. зарядки.
Учитывая, что здесь мы были в восторге от стратегии зарядки литий-полимерной батареи, мы собираемся сосредоточить на этом больше внимания и посмотреть, как липосакция может заряжаться безопасно, но с оптимальным использованием элементов, которые ранее могли находиться в ваш электронный ящик для мусора.
Говоря о продемонстрированной схеме, можно увидеть, что вся конструкция построена вокруг микросхемы LM317, которая, как правило, представляет собой гибкую микросхему стабилизатора напряжения и обладает всеми преимуществами безопасности. Он не будет допускать более 1,5 ампер на своих выходах и гарантирует безопасный уровень ампер для батареи.
ИС здесь в основном используется для установления точного необходимого уровня зарядного напряжения для липо-аккумулятора. Этого можно добиться, изменив поддерживаемый банк 10k или пресет.


Секция в значимой правой части, которая включает в себя операционный усилитель, является ступенью отключения при перезарядке и гарантирует, что батарея редко допускает перезарядку, и отключает питание батареи в момент достижения порога перезарядки.
Предустановка 10 кОм, расположенная на выводе 3 операционного усилителя, используется для установки уровня перезарядки, для литий-полимерной батареи 3,7 В она может быть установлена ​​таким образом, что выход операционного усилителя становится высоким всякий раз, когда батарея заряжается до 4,2 В ( на одну ячейку).Поскольку диод расположен на положительном полюсе батареи, выходное напряжение LM 317 должно быть установлено примерно на 4,2 + 0,6 = 4,8 В (для одной ячейки) для компенсации последующего падения напряжения на диоде. Для 3 последовательных элементов это значение должно быть изменено на 4,2 x 3 + 0,6 = 13,2 В
в разряженном состоянии подтягивает питание от LM317 до текущего уровня его уровня напряжения, допустим он равен 3.6 В.
Вышеприведенное обстоятельство удерживает вывод 3 операционного усилителя значительно ниже опорного уровня напряжения, зафиксированного на выводе 2 ИС, что приводит к низкому логическому уровню на выводе 6 или выходе ИС.
Прямо сейчас, когда аккумулятор начинает накапливать заряд, уровень его напряжения начинает расти, пока не достигнет отметки 4,2 В, что вытягивает потенциал вывода 3 операционного усилителя выше вывода 2, заставляя выход ИС немедленно перейти на высокий уровень или на уровень питания.
Приведенное выше приводит к тому, что светодиодный индикатор загорается и включает транзистор BC547, подключенный к контакту ADJ микросхемы LM 317.
Как только это происходит, вывод ADJ LM 317 получает заземление, что приводит к отключению выходного питания липо-батареи.
С другой стороны, в этот момент вся схема фиксируется в этом отключенном положении в результате подачи напряжения обратной связи на контакт 3 операционного усилителя через резистор 1 кОм. Эта процедура гарантирует, что батарея ни при каких обстоятельствах не сможет получить зарядное напряжение после достижения предела перезарядки.
Обстоятельства остаются заблокированными до тех пор, пока метод не будет выключен и сброшен для вероятного начала нового цикла зарядки.
В рекомендованном выше аккумуляторном блоке на 11,1 В имеется 3 последовательно соединенных элемента, а полюса аккумулятора отключаются отдельно с помощью разъема.
Рекомендуется заряжать отдельные аккумуляторы отдельно, правильно отмечая полюса разъема. Схема демонстрирует простую информацию о подключении элементов с разъемом:

Двунаправленная схема выравнивания энергии с несколькими входами и несколькими выходами для цепочки литий-ионных аккумуляторов на основе теории игр

Несогласованность энергии между литий-ионными аккумуляторами ячейки широко распространены в системах хранения энергии, что способствует постоянному ухудшению долговечности системы и общей производительности.Исследователи предложили различные виды выравнивателей энергии батареи, чтобы уменьшить такое несоответствие. Среди них индукторный эквалайзер является преобладающим типом в приложениях быстрой коррекции. Однако он требует относительно более сложного управления, чем другие типы эквалайзеров. Для уменьшения сложности управления индукторными уравнителями в настоящей работе предлагается двунаправленная многовходовая и многовыходная схема уравнивания энергии, основанная на теории игр. Предлагаемый эквалайзер имеет модульную схемную топологию и взаимонезависимый принцип работы.Разработана и используется статическая игровая модель для математического описания и анализа управления схемой выравнивания энергии, состоящей из этих выравнивателей. Допустимое управление каждым эквалайзером было получено путем решения ряда линейных уравнений для равновесия Нэша модели между состояниями заряда аккумуляторных элементов. Сложность уравнений растет линейно с количеством ячеек. Эквивалентная имитационная модель для выравнивания с четырьмя ячейками устанавливается в программном обеспечении PISM, где рабочие данные и результаты моделирования оправдывают статическую игровую модель и проверяют контрольную проверку, соответственно.Сделан вывод, что предлагаемый индукторный компенсатор подходит для крупногабаритных аккумуляторных батарей в системах накопления энергии, электромобилях и новых приложениях для производства электроэнергии.

1. Введение

Литий-ионные аккумуляторы широко используются в системах накопления энергии в электромобилях, в новых источниках энергии и в военных целях благодаря их превосходным характеристикам [1–4]. Однако энергетическая несогласованность между аккумуляторными элементами широко распространена в системах хранения энергии и представляет собой потенциальную угрозу безопасности системы, что является основной проблемой будущих применений литий-ионных аккумуляторов [5–8].Обычно элементы собираются в цепочки батарей для мгновенного электропитания или хранения энергии [9]. Некоторые из них могут испытывать энергетическую несогласованность во время циклов перезарядки, а затем переходить в состояние перезарядки или переразрядки, что может привести к повреждению или даже взрыву элементов и снижению срока службы элементов соответственно [10, 11]. Поэтому для обеспечения срока службы аккумуляторов и работоспособности системы в период заряда и разряда обязательна энергетическая уравниловка аккумуляторных цепочек [9, 12].Многие исследователи предлагали различные эквалайзеры энергии батареи, каждый из которых имеет свои преимущества и подходящее применение [12–29].

С одной стороны, специфическая структура эквалайзера определенного типа определяет его потенциальные характеристики. В зависимости от компонентов выравнивания и топологии, как правило, существует четыре типа выравнивателей: резисторные, емкостные, трансформаторные и индукторные выравниватели [9]. Резисторные шунтирующие уравнители [13, 14] являются наиболее простыми как по управлению, так и по принципу действия.Энергия перезаряженных батарей потребляется шунтирующими резисторами и рассеивается в виде тепла резисторов, что вызывает заметные потери энергии и нагрев устройства. Его усовершенствованный тип, аналоговый шунтирующий эквалайзер, вызывает меньшее рассеивание энергии и может применяться в крупных батареях. Напротив, эквалайзеры, состоящие из реактивных компонентов, выполняют выравнивание более эффективно. Они перераспределяют энергию цепочки батарей, передавая несбалансированную энергию с реактивными компонентами. Паскуаль предложил схему выравнивания с переключаемыми конденсаторами, в которой выравниватели поочередно подключаются к соседним батареям, образуя путь для передачи энергии [15].Эта схема легко управляется и расширяется, но мощность эквалайзера по току ограничена конденсатором, который замедляет процесс эквалайзера. Боуман расширил второй столбец конденсаторов на основе схемы Паскуаля [16]. Хотя его работа ускорила процесс выравнивания на 25 %, стоимость емкости увеличилась на 50 % [9]. Трансформаторный уравнитель – еще один вид энергоносителя. Kyung-Min применил центральный трансформатор для достижения целевой передачи энергии [17]. Энергия сильной ячейки запасается первичной обмоткой, а затем передается слабой ячейке из вторичной обмотки через переключающие модули.Этот тип эквалайзеров отличается гибкостью управления, но его конструкция сложна и дорога. Кроме того, он страдает от насыщения. Исследователи прилагают усилия для улучшения трансформаторных эквалайзеров. Aiguo Xu пощадил переключающие модули и распределил вторичную обмотку на каждый уравнитель [18]; Ким разделил первичную обмотку на две ступени [19]; С.Х. Парк сделал более глубокую разводку как на первичной, так и на вторичной обмотках [20]; Сяолинь Ван использовал индукторы отвода для формирования структур, подобных автотрансформаторам [21].

Индуктивный эквалайзер является преобладающим типом быстрой эквалайзера, и его конструкция не так дорога и сложна, как трансформаторный эквалайзер [9]. Нисидзима и Куктут предложили схему выравнивания индуктивности [22, 23] с топологией, аналогичной схеме с переключаемыми конденсаторами, где они заменили конденсаторы катушками индуктивности. Это нововведение увеличило текущую мощность эквалайзеров и реализовало быструю эквализацию. Поскольку между каждыми двумя соседними эквалайзерами имеется общий переключатель, эффект связи переключателей приводит к сложному математическому описанию эквалайзеров.Чжао удалось разработать управление для цепочки из трех элементов батареи [24], но оно было сложным из-за эффекта связи. Юанг-Шунг Ли добавил резонансную петлю в эквалайзер, чтобы уменьшить потери при переключении [25]. Более того, Кассани проанализировал возможности такого рода схем с точки зрения управления и пришел к выводу, что сложность контроллера экспоненциально возрастает с увеличением числа ячеек [26]. Он дал компромиссное решение, разделив элементы батареи на несколько групп для облегчения работы каждого контроллера [27].Потенциальная производительность этих индукторных выравнивателей ограничивается неэффективным управлением, а их применение для быстрого выравнивания ограничено небольшими батареями. Xiangwei Guo улучшил обычную топологию и предложил двунаправленную схему выравнивания без потерь, отличающуюся простым методом управления и быстрой балансировкой. Другими словами, предлагаемая схема имеет большой ток выравнивания и демонстрирует выдающиеся характеристики выравнивания [28].

С другой стороны, целью управления эквалайзером является реализация полного потенциала производительности эквалайзеров.Поэтому разработка метода управления по существу является проблемой решения. Теория игр (GT) — это исследование использования соответствующих сторон в игре нескольких людей или команд в условиях ограничений конкретных условий и реализации соответствующих стратегий. Он изучался преимущественно как парадигма моделирования в математических социальных науках, особенно в экономике [29]. По сравнению с гуманитарными науками и экономикой, которые не могут быть рациональными, интеллектуальное управление представляется более подходящим для применения ГТ [30].С развитием технологий измерения и управления теория игр все чаще применяется в управлении системами [31] и планировании ресурсов [32, 33]. Майерсон определил GT как «математическую модель для изучения конфликтов и сотрудничества между разумными рациональными лицами, принимающими решения» [34]. Таким образом, с точки зрения управления, GT представляет собой исследование конфликтов и взаимодействия между интерактивными контроллерами для определенных целей. Регулятор и цель являются предпосылками построения игровой модели (GM).Эти две посылки ясны в упомянутом уравнении. Эквалайзеры можно рассматривать как контроллеры, и их целью является достижение энергетического баланса батарей, в то время как для упомянутых выше индукторных эквалайзеров сложно математически описать поведение эквалайзеров, когда задействовано значительное количество ячеек, что становится барьером. для построения математической модели.

Для упрощения управления индукторным выравнивателем предлагается двунаправленная многовходовая и многовыходная схема выравнивания энергии (BMMEEC).Предложенная схема имеет три следующих характеристики: во-первых, с точки зрения топологии схемы каждый компенсатор состоит из группы сдвоенных переключателей, соединенных параллельно со всей цепочкой аккумуляторов, и катушка индуктивности, подключенная между каждыми двумя соседними ячейками. Следует указать, что среди эквалайзеров не существует общих переключателей; во-вторых, с точки зрения управляемости каждый эквалайзер управляется независимо, независимо от эффекта связи; в-третьих, по схеме работы каждый эквалайзер работает синхронно; следовательно, время выравнивания уменьшается.Кроме того, по сравнению с другими типами эквалайзеров, индукторные эквалайзеры имеют большую токовую нагрузку, чем у емкостных эквалайзеров. Кроме того, к ним предъявляются более низкие требования к точности обмотки, чем к трансформаторным выравнивателям. С точки зрения схемотехнического моделирования устраняется барьер для математического описания; эквалайзеры независимы и рациональны; математическое описание выполнимо, а рабочие данные измеримы. Следовательно, CISGM может быть разработан и использован для анализа управления, где эквалайзеры рассматриваются как независимые участники игры, энергия батареи рассматривается как капитал участников, а равновесие Нэша (NE) энергии батареи устанавливается равным прекращение игры.Что касается энергии батареи, то она описывается состоянием заряда батареи (SOC) в количественном выражении. SOC — один из наиболее важных параметров литий-ионной батареи, который обычно используется для отражения энергетического состояния батареи. Обзор литературы показывает, что исследователи предложили множество точных методов исследования литий-ионных аккумуляторов [35–39]. Функция выгоды может быть получена для описания поведения участников и оценки эффекта выравнивания.

Этот документ организован следующим образом.В разделе 2 представлены топология и принцип BMMEEC. В разделе 3 проводится математическое описание каждой составляющей BMMEEC. Он предназначен для создания полной информационной статической модели игры (CISGM) и получения функции выгоды для количественной оценки поведения каждого эквалайзера. Модель для группы батарей из четырех элементов устанавливается и выводится с разумным набором начального SOC для каждого элемента. Его решение преобразуется в соответствующий метод управления.В разделе 4 представлены результаты моделирования для проверки выполнимости полученного управления. В разделе 5 завершается настоящая работа и вводятся дальнейшие работы авторов.

2. Топология и принцип работы

На рис. 1 показана топология BMMEEC. Он состоит из двух основных частей: эквалайзера и аккумуляторной батареи. В определенном эквалайзере два переключателя (модули MOSFET) управляют потоком энергии, а катушка индуктивности действует как носитель энергии.


Для цепочки батарей, состоящей из элементов, необходимы выравниватели для проведения выравнивания энергии.Поскольку каждый эквалайзер содержит два переключателя, существуют различные комбинации управления эквалайзером. Эта топология имеет следующие эффекты: (1) независимые эквалайзеры: каждый эквалайзер может управляться независимо; (2) общий эффект в распределении энергии: любая передача энергии, вызванная определенным эквалайзером, влияет на общее распределение энергии в цепочке батарей, поскольку задействованы все ячейки.

Рисунок 2 иллюстрирует принцип BMMEEC. Во время рабочего цикла эквалайзера может работать только один из двух переключателей; в противном случае в ячейке произойдет короткое замыкание.


На рис. 2 контур разрядки показан красной пунктирной линией. В этом контуре энергия от батарей течет через активированный переключатель к индуктору. Когда переключатель включен, он вместе с индуктором и ячейкой над индуктором образует разряжающую петлю. Более того, когда приводимый в действие переключатель выключен, он образует зарядную петлю с индуктором и ячейкой под индуктором, и энергия, запасенная в индукторе, высвобождается в ячейку под индуктором.Следовательно, энергия передается от батарей над индуктором к батареям под индуктором. Аналогичным образом может быть реализована обратная передача энергии.

Следовательно, в цепочке батарей осуществляется перераспределение энергии между несколькими ячейками, как показано на рисунке 3. Достичь равенства энергии для всех ячеек в цепочке батарей можно, применяя надлежащее управление для выравнивателей.


Чтобы в полной мере использовать гибкую топологию BMMEEC для достижения перераспределения энергии, необходимо математически описать и проанализировать процесс выравнивания энергии.Учитывая следующие причины, делается вывод, что теория игр (ТГ) имеет высокую актуальность и соответствие такой гибкости. (1) Независимые игроки: в игре игроки независимо выбирают свои собственные стратегии, чтобы максимизировать свои собственные преимущества. (2) Комплексный эффект в распределении выгоды: поскольку в игре участвуют все игроки, любое поведение определенного игрока влияет на баланс выгоды. При этом цель игроков – максимизировать выгоду. Поэтому, как только они не могут больше получить никаких преимуществ, игра заканчивается.По такой релевантности и соответствию целесообразно установить GM для BMMEEC.

3. Полная информация о статической игровой модели
3.1. Предположения модели

Для упрощения модели сделаны следующие четыре предположения.

(1) Конструктивные параметры каждого элемента идентичны, такие как значение тока разряда, эффективность разряда, емкость батареи и, самое главное, уникальное соотношение между SOC и энергией.Следовательно, энергетическое состояние каждой ячейки представлено ее значением SOC.

(2) Мгновенно доступен начальный SOC каждой ячейки.

(3) Катушки индуктивности имеют достаточно большую индуктивность, т.е. достаточную емкость для накопления энергии от ячеек.

(4) Потери энергии в процессе выравнивания незначительны, и все силовые компоненты работают идеально.

3.2. Коэффициенты модели
3.2.1. Игроки: Независимые эквалайзеры

Каждый эквалайзер рассматривается как независимый проигрыватель.Для эквалайзера его встроенный индуктор делит цепочку батарей на две части: элементы над индуктором и элемент под индуктором. , , и – начальный СЗ элементов над индуктором, конечный СЗ элементов и разность СЗ аккумуляторов соответственно. Кроме того, соответствующие значения ячеек ниже индуктора и устанавливаются аналогичным образом. Следовательно, (1) может быть разработано для описания передачи энергии между этими двумя частями, вызванной эквалайзером:

3.2.2. Стратегия: планы управления эквалайзером

В игре стратегия представляет собой комбинацию всех действий, совершаемых игроками.В этом GM «поведение» каждого эквалайзера представлено как реализация его плана управления, который представляет собой время проведения сработавшего переключателя. Для эквалайзера время проводимости его переключателя над индуктором и переключателя под индуктором устанавливается равным и соответственно. Кроме того, его план управления может быть описан как

Стратегия управления игры представляет собой комбинацию планов управления для всех уравнителей:

3.2.3. Заказ: Статическая игра

В статической игре после определения поведения каждого игрока определяется и результат игры.В этом GM каждый эквалайзер работает с фиксированным планом управления на протяжении всей игры.

3.2.4. Информация: Полная информация

В игре с полной информацией каждый игрок имеет точную информацию о характеристиках, стратегии и преимуществах других игроков. Согласно второму предположению этой GM, начальный SOC каждой ячейки известен как заданное состояние.

3.2.5. Выгода Функция

В этой игре выгода оценивает влияние поведения игрока.Другими словами, правильное поведение может максимизировать выгоду игрока. В этом GM целью всего процесса выравнивания является выравнивание SOC() среди всех ячеек. Для эквалайзера максимальную выгоду получает, когда отношение и равно отношению числа ячеек над и под индуктором. Функция преимуществ выравнивателя определяется как

В (4) абсолютное значение разницы между двумя дробями описывает отклонение текущего распределения SOC от цели выравнивания.Вылет используется для оценки пользы каждого эквалайзера. Когда результаты выравнивания соответствуют цели, выгода равна нулю. Обратите внимание, что (4) всегда меньше 0 по значению. Таким образом, всегда выполняется неравенство:

3.3. Nash Equilibrium

NE — это стратегия, с помощью которой все игроки получают максимальную выгоду. Эта ситуация эквивалентна равенству SOC цепочки батарей. Согласно определению РН, при его применении каждый игрок получает максимальную выгоду «0», так что (6) может быть получено как [25]

где и – наилучшая стратегия для уравнителя , называемая и , .Кроме того, очевидно, что значение функции выгоды всегда меньше или равно нулю и (7) может быть получено:

NE является решением GM и, чтобы его вычислить, эквивалентная группа уравнений получается из двух неравенств:

Подставляя и , (8) выражается в более конкретной форме:

В (9) – среднее значение начального SOC всех ячеек. Согласно второму предположению, кроме дивергенции SOC, все значения известны как заданные данные.

3.4. Выражение расхождения SOC

Применяя амперометрический метод, разность SOC отдельного элемента можно выразить как интеграл от времени его разрядки [32]:

где , и обозначают разрядный ток, разрядную эффективность и емкость ячейка соответственно. Согласно первому предположению, конструктивные параметры всех ячеек одинаковы. В течение очень короткого периода ток разряда элемента считается постоянным. Таким образом, три коэффициента , и , могут быть представлены единицей, :

где описывает общую расхождение SOC для выбранных ячеек над индуктором эквалайзера .Обратите внимание, что это определяется самой цепочкой батарей, в то время как определяется планами управления всех других эквалайзеров. Ради универсальности эквалайзер выбран для представления эквалайзеров, отличных от . В следующих четырех ситуациях клетки выбираются в качестве объектов исследования для изучения влияния различных эквалайзеров на их SOC. Петли разрядки и петли зарядки обрамлены красными пунктирными линиями и зелеными пунктирными линиями соответственно.

3.4.1. Ситуация I

На рис. 4 показаны циклы разрядки и зарядки, распределяемые компенсатором, когда переключатель над катушкой индуктивности и приведен в действие.Время разрядки элементов в разрядной петле представлено временем срабатывания переключателя (). Когда переключатель включен, элементы в разгрузочном контуре заряжают индуктор, а разница SOC выбранных элементов описывается как


. С другой стороны, когда переключатель выключен, энергия, накопленная в индукторе, высвобождается. ко всем ячейкам в зарядном контуре, а высвобожденная энергия поступает к ячейкам, входящим в состав выбранных ячеек. Следовательно, разница SOC выбранных ячеек в этом процессе составляет

3.4.2. Ситуация II

На рис. 5 показаны циклы разрядки и зарядки, распределенные компенсатором, когда переключатель под катушкой индуктивности срабатывает. Время разрядки элементов в разрядной петле представлено временем срабатывания переключателя (). Когда переключатель включен, элементы в разрядной петле заряжают индуктор. Во время этого процесса разница SOC выбранных ячеек составляет


Подобие, когда переключатель выключен, энергия, накопленная в индукторе, высвобождается в ячейки, которые все включены в выбранные ячейки, и расхождение SOC выбранных ячеек в этом процесс равен

Таким образом, при , отклонение SOC выбранных батарей, вызванное эквалайзером, представляет собой сумму различий SOC в четырех процессах:

3.4.3. Ситуация III

При , все выбранные батареи включаются либо в циклы разрядки, либо в циклы зарядки, определяемые эквалайзером . На рис. 6 показаны циклы разрядки и зарядки при включенном переключателе над индуктором. Когда переключатель включен, ячейки в разгрузочной петле заряжают индуктор, а расхождение SOC выбранных ячеек описывается как


. цикл зарядки, но они исключены из выбранных ячеек.Отсутствует расхождение SOC выбранных ячеек.

3.4.4. Ситуация IV

На рис. 7 показаны циклы разрядки и зарядки, вызванные эквалайзером при срабатывании переключателя, расположенного под катушкой индуктивности. Когда переключатель включен, ячейки () в разрядной петле заряжают индуктор. При этом не происходит расхождения SOC выбранных ячеек.


Когда переключатель выключен, энергия, накопленная в индукторе, высвобождается в элементах зарядного контура, и элементы включаются в контур.Расхождение SOC выбранных ячеек составляет

Таким образом, при , расхождение SOC выбранных ячеек, вызванное эквалайзером, представляет собой сумму расхождений SOC в двух процессах:

Согласно анализу выше, расхождение SOC, вызванное один определенный эквалайзер равен

Окончательное выражение представляет собой сумму расхождений SOC, вызванных всеми эквалайзерами в выбранных ячейках:

Уравнение (21) показывает, что выражение является функцией переменных стратегии управления, , .Коэффициенты определяются количеством батарей, содержащихся в аккумуляторной цепочке. Для удобства выражения матрица коэффициентов задается для представления коэффициентов, и ее конкретная форма показана в таблице 1.

3.5. Решение и контроль

Для удобства выражения дивергенция SOC в (9) также представлена ​​матрицей . Путем подстановки начальных значений SOC всех аккумуляторов можно получить матрицу в виде (9): соответственно.Ранг матрицы и равен , что всегда меньше числа независимых переменных . Следовательно, решение бесконечно. Общее решение выражается формулой (23), состоящей из набора линейно независимых векторов решений и одного специального решения для заданных начальных значений:

Хотя решение бесконечно, только одно допустимое решение имеет соответствующую стратегию управления. Возможные требования следующие.

(1) Время срабатывания переключателя не может быть отрицательным.

(2) Только один из двух переключателей эквалайзера может быть активирован. В противном случае возможно короткое замыкание части батарей в цепочке батарей. Другими словами, произведение и должно быть равно нулю.

С учетом этих двух требований допустимое решение может быть однозначно определено. В соответствии с допустимым решением стратегия управления может быть реализована путем установки правильного рабочего цикла трех соответствующих переключателей:

3.6. Алгоритм управления эквалайзером

В BMMEEC каждый эквалайзер независимо обменивает энергию между верхней и нижней частями ячеек.Следует указать, что энергетическое равенство каждой ячейки в аккумуляторной цепочке является основной целью каждого эквалайзера. Алгоритм управления BMMEEC показан на рисунке 8. Игнорируя процесс других частей системы выравнивания, алгоритм контроллера BMMEEC можно объяснить следующими шагами.


Шаг 1. Система определяет основные входные параметры CISGM, шкалу аккумуляторной строки () и начальное состояние заряда элементов ().

Шаг 2. Процессор вычисляет матрицу коэффициентов (), среднее значение SOC (), разностную матрицу SOC () и дисперсию SOC () для формирования уравнений NE.

Шаг 3. Если отклонение SOC превышает 5%, система проводит процедуру выравнивания.

Шаг 4. Процессор решает линейные уравнения для расчета НЭ статической модели игры () и преобразует их в управляющие сигналы.

Шаг 5. Контроллер выдает сигнал на эквалайзеры для активации МОП-транзисторов.

Шаг 6. Система переопределяет после первого раунда выравнивания.

Шаг 7. Процессор вычисляет , , и соответственно.

Шаг 8. Система выносит решение о завершении. Если дисперсия SOC уменьшится после первого раунда выравнивания, процесс вернется к шагу 4. Эта процедура повторяется до тех пор, пока дисперсия не достигнет своего минимального значения.

Шаг 9. Критерий завершения выполнен, и корректоры останавливаются.

4. Моделирование
4.1. Стратегия управления

Возьмем, к примеру, группу батарей, содержащую четыре элемента. Начальное значение SOC для четырех батарей установлено равным 0,86, 0,91, 0,93 и 0,90. Подставляем количество ячеек и начальные значения SOC в (21):

Общее решение (25) получается как

Согласно первому допустимому требованию не может быть отрицательным. Следовательно, необходимо правильно установить три коэффициента, чтобы исключить отрицательное значение. При этом по второму выполнимому требованию .Таким образом, коэффициент устанавливается равным 1, а другие коэффициенты устанавливаются равными 0. Получается единственно допустимое решение:

Таким образом, управление может быть реализовано путем задания соотношения между рабочими циклами переключателей, , , и , быть .

4.2. Платформа моделирования

Чтобы проверить осуществимость полученной стратегии управления, в программном обеспечении моделирования PISM устанавливается BMMEEC для цепочки батарей, состоящей из четырех элементов. На рис. 9 показана схема BMMEEC.Параметры моделирования перечислены в таблице 2.

9 900UH
1
Параметры
1
Срочно-сигнализация Частота 4000Hz
аккумулятор емкость 5,4 Ач
Ток разряда батареи 1,7 А
Номинальное напряжение батареи 3.7V
Индуктивность каждого эквалайзера 500UH
Начальный SoC из Cell 1 0.86
Начальный SOC Cell 8 2 0,91
Первоначальный SOC для ячейки 3 0.93 0.93
0,90
8

Рисунок 9 Указывает, что амперметр I1 измеряет ток зарядки Cell C 1 .Положительное значение указывает на то, что ток поступает в батарею B 1 и батарея заряжается, а отрицательное значение указывает на то, что ток уходит от элемента C 1 и батарея разряжается. Амперметры I2, I3 и I4 измеряют токи разряда элементов С 2 , С 3 и С 4 соответственно. Положительное значение указывает на то, что ток уходит от батареи и батарея разряжается, а отрицательное значение указывает на то, что ток течет в батарею и батарея заряжается.Поскольку срабатывают только переключатели и , их углы проводимости составляют 100 градусов, а остальные переключатели представлены встречно-параллельными диодами. Вольтметры, подключенные к модулям литий-ионных батарей, определяют их SOC в режиме реального времени. Неупомянутые символы, такие как O1, D1 и IN1, представляют основные компоненты переключателя и сигнальные порты для управления эквалайзером. Текущие сигналы в одном цикле, обнаруженном амметрам, иллюстрируются на рисунке 10, и текущие данные отображаются в таблице 3.

с все выключатели выключены и в цепи имеется только один разрядный контур. Количество электричества, накопленное в катушке индуктивности, высвобождается в батарею через разгрузочный контур.Поскольку этот процесс не имеет ничего общего с контролем, то и специального анализа по этой части не проводится. Текущие интегралы показаны в последнем столбце таблицы 3; они могут отображать изменение SOC каждой батареи за один рабочий цикл. В этом моделировании сумма изменений SOC четырех батарей немного больше нуля, поскольку небольшая часть мощности не была высвобождена до следующего рабочего цикла.

После нескольких рабочих циклов энергопотребление четырех ячеек постепенно выравнивается.На рис. 11 показана форма сигнала SOC в состоянии ожидания.


4.4. Сравнение с другой схемой выравнивания

Чтобы исследовать преимущества BMMEEC, результаты сравниваются с результатами двунаправленной схемы выравнивания без потерь на основе катушки индуктивности [23], которая обладает высокой управляемостью и большой токовой нагрузкой.

На рис. 11 показано, что SOC четырех ячеек увеличивается или уменьшается непосредственно до конечной точки выравнивания.Избегается ненужный процесс балансировки в [23]. Рисунок 12 представляет собой сравнение результатов моделирования между BMMEEC и схемой в [23].


(a) Процесс выравнивания BMMEEC
(b) Процесс выравнивания схемы в [23]
(a) Процесс выравнивания BMMEEC
(b) Процесс выравнивания схемы в [23]

На рис. 12 кривая напряжения ячейки или SOC ячейки отражает изменение энергии ячейки. Следует указать, что предметом сравнения является процесс выравнивания.Поэтому во внимание принимается только кривая напряжения ячейки на рисунке 11, а другие факторы не учитываются. На рис. 12(а) показано, что SOC четырех ячеек увеличивается или уменьшается непосредственно до конечной точки выравнивания. На рис. 12(b) показано, что выравнивание в [23] достигается в два этапа, а это означает, что контроллеру необходимы два критерия для изменения команды управления. Кроме того, элемент 2 разряжается на этапе 1 и затем заряжается на этапе 2, что приводит к ненужной передаче энергии.Напротив, в процессе выравнивания BMMEEC требуется только один критерий завершения и не существует ненужной передачи энергии. Это упрощает управление и позволяет избежать дополнительного процесса выравнивания.

4.5. Результаты моделирования в трех состояниях выравнивания при тактовых сигналах

Все приведенные выше результаты получены, когда переключатели приводятся в действие идеальными стробирующими сигналами. Однако в практических приложениях сигналы управления обычно не могут достигать такого точного уровня. Следовательно, для управления переключателями применяется тактовый сигнал 40 кГц, и каждые 20 последовательных тактовых циклов рассматриваются как один рабочий цикл.Следовательно, исходный стробирующий сигнал с частотой 4000 Гц заменяется прямоугольным сигналом с частотой 1000 Гц, а тактовый сигнал с частотой 40 кГц используется в качестве сигнала счета. Первый используется для управления переключателем в качестве стробирующего сигнала, а второй используется для подсчета. Тактовый сигнал делит один цикл прямоугольной волны на 10 частей. Рабочий цикл каждого переключателя изменяется путем регулировки количества циклов проводимости каждого переключателя каждые 20 тактов. Переключатели срабатывают на 18, 24 и 30 тактов в каждом рабочем цикле, пока дисперсия SOC не достигнет минимального значения.Установите токи, измеренные четырьмя амперметрами, равными I1′, I2′, I3 ′, и I4′. На рисунке 13 показаны соответствующие формы сигналов I1′, I2′, I3′ и I4′.

На рисунках 14(a), 14(b) и 14(c) показаны осциллограммы SOC с четырьмя ячейками в состоянии простоя, в состоянии зарядки и в состоянии разрядки соответственно. На рис. 14 показано, что в состоянии ожидания выравнивание завершается за 86,68 с. Кроме того, аккумуляторная батарея заряжается в состоянии зарядки при 20 В и 7 А, а выравнивание завершается при 84.36с. Кроме того, группа батарей в разряженном состоянии разряжается при 15 В и 7 А, а выравнивание завершается за 92,42 с. В таблице 4 приведены соответствующие данные.

7
8
Текущий (A) Время(а)
3.97998 3,98004 3,98006 3,98008 3,98010 3,98017 3,98024 (В)

I1 0,381 -0,8764 7,3586 2,3505 1,6895 1.0261 0.3758 -1.63E-4
Δi1 0 -1.2574 8.235 -50081 -0.6110 -0,6634 -1,9747

I2 3.61e-6 2,0959 1,0438 -0,471 -4.58e-2 3.64e-6 3.61e-6 7.49e-5
ΔI2 0 2,0959 -1,0521 -1,5148 0,4252 0,0458 0,471

И3 3.51E-6 2.6398 1.7257 0,0004 4.56e-6 3.54E-6 3.51E-6 3.51e-6 5.28E-5
Δi3 0 2,6398 — 0,9141 -1,7253 -4.00e-4 -1.02e-6 -3.96e-4

I4 2.68e-6 1,7566 0,8996 -0,7335 -0,5326 -6.42e-4 2.67e-6 8.65e-5
ΔI4 0 1,7566 -0,8570 -1,6331 0,2009 0,5262 0,734


4.3. Результаты и анализ

Осциллограммы тока, измеренные амперметрами за один рабочий цикл, отражают изменения SOC четырех элементов. На рис. 10 представлены осциллограммы токов заряда и разряда элементов в одном цикле работы коммутатора.Наклон тока зависит от количества двухпозиционных выключателей. Следует указать, что , , и – периоды включения-выключения , , и переключателей соответственно.

В период с 3,97998 с по 3,98004 с () все три переключателя включены, и они образуют три разрядных контура. При наложении эффекта переноса энергии, вызванного тремя переключателями, элементы C 1 , C 2 , C 3 , и C 4 разряжаются на индуктор, и скорость разряда может быть определена по наклону текущая форма волны.

В период с 3,98004 с по 3,98006 с переключатели и . Кроме того, переключатель выключен, чтобы сформировать зарядную петлю. Уменьшение разрядных петель приводит к уменьшению амплитуды и наклона разрядного тока. Кроме того, батарея C 1 постепенно перешла из режима разрядки в режим зарядки.

В период с 3,98006 с по 3,98008 с включается только один переключатель, образуя цикл разрядки, а два других переключателя выключаются, образуя два цикла зарядки.Замечено, что скорость разряда элементов C 2 , C 3 и C 4 дополнительно снижается. При этом элементы С 2 и С 4 постепенно переходят в состояние зарядки. Скорость зарядки элемента C 1 еще больше увеличивается.

В период с 3.98008 по 3.

4 Начальное состояние (%)
SOC
IDLE (%) Государство зарядки (%) Состояние выгрузки (%)

С 1 86.00 88,91 91,91 85,71
С 2 91,00 88,30 91,16 85,14
С 3 93,00 89,73 92,55 86.60
C 4 C 4 900.00 88.68 91.68 91.62 91.62 85.48
Transion 8.67 0.36 0.34 0,39

Из рис. 14(а) видно, что существуют отклонения от рис. Изменение наклона формы сигнала SOC указывает на то, что энергия, запасенная катушкой индуктивности эквалайзера, после окончания регулирования возвращается в цепочку батарей. На рис. 14(б) показано, что в состоянии зарядки элемент с более низким SOC заряжается быстрее, а аккумулятор с более низким SOC заряжается медленно или почти не заряжается.После достижения выравнивания SOC каждой батареи изменяется равномерно. По сравнению с состоянием покоя на выравнивание затрачивается больше энергии из-за внешнего источника питания; следовательно, затраты времени на выравнивание уменьшаются. Поэтому делается вывод, что BMMEEC может избежать перезарядки комплекта аккумуляторов. Аналогичным образом, на рис. 14(с) показано, что в разряженном состоянии элемент с более высоким SOC разряжается быстрее, а аккумулятор с более низким SOC медленно заряжается или почти не разряжается.После достижения выравнивания SOC каждой батареи изменяется равномерно, что указывает на то, что BMMEEC может избежать перезарядки батареи. Однако, по сравнению с выравниванием состояния простоя, часть энергии балансировки потребляется причинами нагрузки; следовательно, время выравнивания увеличивается.

5. Заключение и дальнейшая работа

На основе индукторного выравнивателя в настоящем исследовании предлагается схема выравнивания энергии батареи, называемая BMMEEC. Затем представлены соответствующие выводы математической модели и проверки моделирования.Кроме того, модель CISGM разработана для математического описания и анализа управления BMMEEC, а допустимое управление получается путем решения модели равновесия Нэша. Эквивалентная имитационная модель выравнивания с четырьмя ячейками установлена ​​в PISM. Чтобы обосновать CISGM во время моделирования, изменение рабочих данных, тока балансировки и SOC батареи соответствовало математическим описаниям BMMEEC. Обнаружено, что SOC четырех ячеек практически идентичны, что подтверждает валидацию контроля.Кроме того, результаты моделирования показывают, что применение BMMEEC предотвращает длительные циклы зарядки-разрядки для задействованных ячеек, так что SOC каждой ячейки движется вперед в гармонии. Установлено, что BMMEEC имеет модульную топологию схемы и принцип взаимной независимости по сравнению с другими индукторными эквалайзерами. Кроме того, замечено, что сложность управления BMMEEC имеет линейную корреляцию с количеством ячеек. Однако необходимы дальнейшие исследования.Результаты моделирования имеют определенное отклонение от идеальных результатов выравнивания, а масштаб схемы выравнивания моделирования был ограничен четырьмя ячейками.

В ближайшем будущем предполагается расширить исследование в следующих частях: (1) исследовать связь между отклонением уравнивания и параметрами BMMEEC и описать влияние основных факторов на величину отклонения. (2) Расширьте выравнивание строки батареи моделирования до более крупных масштабов, одновременно контролируя нагрузку напряжения на каждом выравнивателе.(3) Проведите практические эксперименты, чтобы проверить реальную производительность BMMEEC.

Доступность данных

Данные моделирования PSIM11, используемые для подтверждения результатов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов

Jiayu Wang разработала и применила математическую модель схемы выравнивания энергии батареи с несколькими индукторами и провела моделирование.Шуайлун Дай разработал топологию предложенной схемы и отшлифовал рукопись. Си Чен, Сян Чжан и Чжифэй Шан завершили и отшлифовали рукопись.

Благодарности

Эта работа была частично поддержана Национальной программой обучения инновациям и предпринимательству для студентов колледжей 201711075009.

ESP8266 Регулятор напряжения для LiPo и Li-ion аккумуляторов

В этом руководстве вы создадите регулятор напряжения для ESP8266, который можно использовать с литий-полимерными и литий-ионными батареями.

Смотреть видеоверсию

Это руководство доступно в формате видео (см. ниже) и в письменном формате (продолжить чтение на этой странице).

Энергопотребление ESP8266

ESP8266 хорошо известен своей энергоемкостью при выполнении задач Wi-Fi. Он может потреблять от 50 мА до 170 мА . Таким образом, для многих приложений использование батареи не идеально.

Лучше использовать адаптер питания, подключенный к сетевому напряжению, чтобы не беспокоиться об энергопотреблении или зарядке аккумуляторов.

ESP8266 с литий-полимерными/литий-ионными батареями

Однако для некоторых проектов ESP8266, которые используют Deep Sleep или не требуют постоянного подключения к Wi-Fi, использование ESP8266 с перезаряжаемыми батареями LiPo является отличным решением.

Для приложений с питанием от батареи рекомендуется версия ESP-01, так как на ней мало компонентов.

Платы

, такие как ESP-12 NodeMCU, потребляют больше энергии, потому что они имеют дополнительные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы, микросхемы и т. д..

Поскольку аккумуляторы LiPo так легко доступны, я покажу вам, как питать ESP8266 с помощью этих типов аккумуляторов.

Это руководство не посвящено разным типам аккумуляторов, и я не буду объяснять, как работают аккумуляторы LiPo. Я просто дам вам соответствующую информацию, чтобы завершить представленную схему…

Полностью заряженные LiPo/Li-ion аккумуляторы

Аккумуляторы

LiPo/Li-ion можно перезаряжать с помощью соответствующего зарядного устройства, и их выходное напряжение составляет примерно 4,2 В при полной зарядке.

Однако по мере разрядки аккумулятора напряжение начинает падать:

Рекомендуемое рабочее напряжение ESP составляет 3,3 В , но он может работать при напряжении от 3 В до 3,6 В. Таким образом, вы не можете подключить аккумулятор LiPo напрямую к ESP8266, вам понадобится регулятор напряжения.

Типовой линейный регулятор напряжения

Использование обычного линейного регулятора напряжения для понижения напряжения с 4,2 В до 3,3 В не является хорошей идеей.

Например: если батарея разряжается до 3.7V, ваш регулятор напряжения перестанет работать, потому что у него высокое напряжение отсечки.

Регулятор с малым падением напряжения или LDO-регулятор

Чтобы эффективно снизить напряжение с помощью батарей, вам необходимо использовать стабилизатор с малым падением напряжения или также известный как регулятор LDO, который может регулировать выходное напряжение.

Низкое падение напряжения означает, что даже если батарея выдает только 3,4 В, она все равно будет работать. Имейте в виду, что вы никогда не должны полностью разряжать батарею LiPo, потому что это повредит батарею или сократит срок ее службы.

Изучив LDO, я нашел пару хороших альтернатив. Одним из лучших LDO, которые я нашел, был MCP1700-3302E .

Он довольно маленький и выглядит как транзистор.

Существует также хорошая альтернатива, например, HT7333-A .

Любой LDO, характеристики которого аналогичны характеристикам, указанным в таблице ниже, также является хорошей альтернативой. Ваш LDO должен иметь аналогичные характеристики, когда речь идет о:

.
  • Выходное напряжение (3.3В)
  • Ток покоя (~1,6 мкА)
  • Выходной ток (~250 мА)
  • Низкое падение напряжения (~178 мВ)

Распиновка MCP1700-3302E

Вот распиновка MCP1700-3302E. Он имеет GND, Vin и Vout:

Другие LDO должны иметь такую ​​же распиновку, но вам всегда следует искать техническое описание вашего LDO, чтобы проверить его распиновку.

Схема ESP8266 с LDO и литий-ионным аккумулятором

Вот детали, необходимые для разработки регулятора напряжения для ESP-01:

Вы можете использовать предыдущие ссылки или перейти непосредственно к MakerAdvisor.com/tools, чтобы найти все детали для ваших проектов по лучшей цене!

Взгляните на схему ниже, чтобы разработать собственную схему регулятора напряжения.

Или вы можете взглянуть на диаграмму Fritzing (керамический конденсатор и электролитический конденсатор подключены параллельно с GND и Vout LDO):

Кнопка подключена к контакту RESET ESP-01, для этого конкретного руководства это не обязательно, но будет полезно в будущем руководстве.

Вот последняя схема:

О конденсаторах

LDO должны иметь керамический конденсатор и электролитический конденсатор, подключенные параллельно к GND и Vout для сглаживания пиков напряжения. Конденсаторы предотвращают неожиданные сбросы или нестабильное поведение вашего ESP8266.

Тестирование

Давайте запитаем схему и проверим ее. Имея мультиметр, измеряющий напряжение Vin литий-полимерной батареи, вы можете увидеть, что он выводит примерно 4.2В, так как батарея в данный момент полностью заряжена.

Поместим щуп мультиметра на Vвых. Теперь мультиметр измеряет примерно 3,3 В, что является рекомендуемым напряжением для питания ESP8266.

Регулятор напряжения

Популярный дизайн регулятора напряжения для ESP8266 выглядит так:

Вы припаиваете конденсаторы к LDO, так что в итоге у вас есть регулятор напряжения в маленьком форм-факторе, который можно легко использовать в ваших проектах.

Я надеюсь, что это руководство было полезным. Эта концепция будет очень полезна для будущих проектов.

Это отрывок из моей электронной книги по домашней автоматизации с использованием ESP8266. Если вам нравится ESP8266 и вы хотите узнать о нем больше. Я рекомендую скачать мой курс: Домашняя автоматизация с использованием ESP8266.

Я надеюсь, что это руководство было полезным. Спасибо за чтение!

Что такое плата защиты литиевой батареи? Каков принцип платы защиты аккумулятора?

Причина, по которой литиевые батареи (перезаряжаемые) нуждаются в защите, определяется их собственными характеристиками.Поскольку сам материал литиевой батареи определяет, что она не может быть перезаряжена, переразряжена, перегружена по току, короткое замыкание и сверхвысокая температура зарядки и разрядки, сборка литиевой батареи всегда будет содержать изысканную печатную плату защиты.

Функция защиты литиевой батареи

Функция защиты литиевой батареи обычно дополняется платой защиты и текущим устройством, таким как PTC.Плата защиты состоит из электронных схем, а напряжение ядра батареи и цепи зарядки и разрядки точно контролируется при температуре окружающей среды от -40 ° C до +85 ° C. Текущий, своевременный контроль включения и выключения токовой цепи; PTC в условиях высокой температуры для предотвращения повреждения батареи.

Обычные печатные платы защиты литиевых батарей обычно включают управляющие ИС, МОП-переключатели, резисторы, конденсаторы и вспомогательные устройства FUSE, PTC, NTC, ID, память и т. д.ИС управления управляет включением МОП-переключателя при всех нормальных условиях, так что ячейка и внешняя цепь включаются, а когда напряжение ячейки или ток контура превышают заданное значение, она немедленно управляет включением МОП-переключателя. выключен, и защищает безопасность клетки.

Плата защиты литиевой батареи Принцип действия

Когда плата защиты в норме, высокий уровень Vdd, низкий уровень Vss, низкий уровень VM, высокий уровень DO и CO. При изменении любого параметра Vdd, Vss, VM уровень DO или CO будет изменен.

1. Напряжение обнаружения перезарядки: В нормальном состоянии Vdd постепенно повышается до напряжения между VDD и VSS, когда клемма CO изменяется с высокого уровня на низкий уровень.


2. Напряжение сброса перезарядки: В состоянии заряда Vdd постепенно уменьшается до напряжения между VDD и VSS, когда клемма CO переключается с низкого уровня на высокий уровень.


3. Напряжение обнаружения переразряда: В нормальном состоянии Vdd постепенно снижается до напряжения между VDD и VSS, когда на клемме DO изменяется уровень с высокого на низкий.


4. Напряжение сброса переразряда: В состоянии переразряда Vdd постепенно повышается до напряжения между VDD и VSS, когда клемма DO переходит с низкого уровня на высокий уровень.


5. Напряжение обнаружения перегрузки по току 1: В нормальном состоянии VM постепенно повышается до напряжения между VM и VSS, когда DO переходит с высокого уровня на низкий уровень.


6. Напряжение обнаружения перегрузки по току 2: В нормальном состоянии VM повышается от OV со скоростью 1 мс или более до 4 мс или менее до напряжения между VM и VSS, когда клемма DO переходит с высокого уровня на низкий уровень.


7. Напряжение обнаружения короткого замыкания нагрузки: в нормальном состоянии VM повышается со скоростью 1 мкс или более и 50 мкс или менее от OV до напряжения между VM и VSS, когда клемма DO изменяется с высокого уровня на низкий уровень.


8. Напряжение обнаружения зарядного устройства: в состоянии переразряда VM постепенно падает до OV, а напряжение VM-VSS изменяется с низкого уровня на высокий уровень.


9. Потребляемый ток при нормальной работе: В нормальном состоянии ток, протекающий через клемму VDD (IDD), равен току, потребляемому при нормальной работе.


10. Потребляемый ток переразряда: В состоянии разрядки ток, протекающий через клемму VDD (IDD), представляет собой потребляемый ток перегрузки по току разряда.


Типовая схема защиты литиевой батареи

Из-за химических характеристик литиевых батарей при нормальном использовании внутренняя химическая реакция электрической энергии и химической энергии взаимно преобразуются, но при определенных условиях, таких как перезарядка, чрезмерная разрядка и перегрузка по току, внутренняя батарея будет вызвана.Происходят химические побочные реакции, которые серьезно влияют на производительность и срок службы батареи и могут привести к выделению большого количества газа, что приведет к быстрому увеличению внутреннего давления батареи и ее взрыву, что приведет к проблемам с безопасностью.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.