Site Loader

Содержание

Схемы контроллеров заряда-разряда Li-ion аккумуляторов и микросхемы модулей защиты литиевых батарей

Содержание статьи:

Для начала нужно определиться с терминологией.

Как таковых контроллеров разряда-заряда не существует. Это нонсенс. Нет никакого смысла управлять разрядом. Ток разряда зависит от нагрузки — сколько ей надо, столько она и возьмет. Единственное, что нужно делать при разряде — это следить за напряжением на аккумуляторе, чтобы не допустить его переразряда. Для этого применяют защиту от глубокого разряда.

При этом, отдельно контроллеры заряда не только существуют, но и совершенно необходимы для осуществления процесса зарядки li-ion аккумуляторов. Именно они задают нужный ток, определяют момент окончания заряда, следят за температурой и т.п. Контроллер заряда является неотъемлемой частью любого зарядного устройства для литиевого аккумулятора.

Исходя из своего опыта могу сказать, что под контроллером заряда/разряда на самом деле понимают схему защиты аккумулятора от слишком глубокого разряда и, наоборот, перезаряда.

Другими словами, когда говорят о контроллере заряда/разряда, речь идет о встроенной почти во все литий-ионные аккумуляторы защите (PCB- или PCM-модулях). Вот она:

И вот тоже они:

Очевидно, что платы защиты представлены в различных форм-факторах и собраны с применением различных электронных компонентов. В этой статье мы как раз и рассмотрим варианты схем защиты Li-ion аккумуляторов (или, если хотите, контроллеров разряда/заряда).

Контроллеры заряда-разряда

Раз уж это название так хорошо укрепилось в обществе, мы тоже будем его использовать. Начнем, пожалуй, с наиболее распространенного варианта на микросхеме DW01 (Plus).

DW01-Plus

Такая защитная плата для аккумуляторов li-ion встречается в каждом втором аккумуляторе от мобильника. Чтобы до нее добраться, достаточно просто оторвать самоклейку с надписями, которой обклеен аккумулятор.

Сама микросхема DW01 — шестиногая, а два полевых транзистора конструктивно выполнены в одном корпусе в виде 8-ногой сборки.

Вывод 1 и 3 — это управление ключами защиты от разряда (FET1) и перезаряда (FET2) соответственно. Пороговые напряжения: 2.4 и 4.25 Вольта. Вывод 2 — датчик, измеряющий падение напряжения на полевых транзисторах, благодаря чему реализована защита от перегрузки по току. Переходное сопротивление транзисторов выступает в роли измерительного шунта, поэтому порог срабатывания имеет очень большой разброс от изделия к изделию.

Паразитные диоды, встроенные в полевики, позволяют осуществлять заряд аккумулятора, даже если сработала защита от глубокого разряда. И, наоборот, через них идет ток разряда, даже в случае закрытого при перезаряде транзистора FET2.

Вся схема выглядит примерно вот так:

Правая микросхема с маркировкой 8205А — это и есть полевые транзисторы, выполняющие в схеме роль ключей.

S-8241 Series

Фирма SEIKO разработала специализированные микросхемы для защиты литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов от переразряда/перезаряда. Для защиты одной банки применяются интегральные схемы серии S-8241.

Ключи защиты от переразряда и перезаряда срабатывают соответственно при 2.3В и 4.35В. Защита по току включается при падении напряжения на FET1-FET2 равном 200 мВ.

AAT8660 Series

Решение от Advanced Analog Technology — AAT8660 Series.

Пороговые напряжения составляют 2.5 и 4.32 Вольта. Потребление в заблокированном состоянии не превышает 100 нА. Микросхема выпускается в корпусе SOT26 (3х2 мм, 6 выводов).

FS326 Series

Очередная микросхема, используемая в платах защиты одной банки литий-ионного и полимерного аккумулятора — FS326.

В зависимости от буквенного индекса напряжение включения защиты от переразряда составляет от 2.3 до 2.5 Вольт. А верхнее пороговое напряжение, соответственно, — от 4.3 до 4.35В. Подробности смотрите в даташите.

LV51140T

Аналогичная схема протекции литиевых однобаночных аккумуляторов с защитой от переразряда, перезаряда, превышения токов заряда и разряда. Реализована с применением микросхемы LV51140T.

Пороговые напряжения: 2.5 и 4.25 Вольта. Вторая ножка микросхемы — вход детектора перегрузки по току (предельные значения: 0.2В при разряде и -0.7В при зарядке). Вывод 4 не задействован.

R5421N Series

Схемотехническое решение аналогично предыдущим. В рабочем режиме микросхема потребляет около 3 мкА, в режиме блокировки — порядка 0.3 мкА (буква С в обозначении) и 1 мкА (буква F в обозначении).

Серия R5421N содержит несколько модификаций, отличающихся величиной напряжения срабатывания при перезарядке. Подробности приведены в таблице:

Обозначение Порог отключения по перезаряду, В Гистерезис порога перезаряда, мВ Порог отключения по переразряду, В Порог включения перегрузки по току, мВ
R5421N111C 4.250±0.025 200 2.50±0.013 200±30
R5421N112C 4.350±0.025
R5421N151F 4.250±0.025
R5421N152F 4.350±0.025

SA57608

Очередной вариант контроллера заряда/разряда, только уже на микросхеме SA57608.

Напряжения, при которых микросхема отключает банку от внешних цепей, зависят от буквенного индекса. Подробности см. в таблице:

Обозначение Порог отключения по перезаряду, В Гистерезис порога перезаряда, мВ Порог отключения по переразряду, В Порог включения перегрузки по току, мВ
SA57608Y 4.350±0.050 180 2.30±0.070 150±30
SA57608B 4.280±0.025 180 2.30±0.058 75±30
SA57608C 4.295±0.025 150 2.30±0.058 200±30
SA57608D 4.350±0.050 180 2.30±0.070 200±30
SA57608E 4.275±0.025 200 2.30±0.058 100±30
SA57608G 4.280±0.025 200 2.30±0.058 100±30

SA57608 потребляет достаточно большой ток в спящем режиме — порядка 300 мкА, что отличает ее от вышеперечисленных аналогов в худшую сторону (там потребляемые токи порядка долей микроампера).

LC05111CMT

Ну и напоследок предлагаем интересное решение от одного из мировых лидеров по производству электронных компонентов On Semiconductor — контроллер заряда-разряда на микросхеме LC05111CMT.

Решение интересно тем, что ключевые MOSFET’ы встроены в саму микросхему, поэтому из навесных элементов остались только пару резисторов да один конденсатор.

Переходное сопротивление встроенных транзисторов составляет ~11 миллиом (0.011 Ом). Максимальный ток заряда/разряда — 10А. Максимальное напряжение между выводами S1 и S2 — 24 Вольта (это важно при объединении аккумуляторов в батареи).

Микросхема выпускается в корпусе WDFN6 2.6×4.0, 0.65P, Dual Flag.

Схема, как и ожидалось, обеспечивает защиту от перезаряда/разряда, от превышения тока в нагрузке и от чрезмерного зарядного тока.

Контроллеры заряда и схемы защиты — в чем разница?

Важно понимать, что модуль защиты и контроллеры заряда — это не одно и то же. Да, их функции в некоторой степени пересекаются, но называть встроенный в аккумулятор модуль защиты контроллером заряда было бы ошибкой. Сейчас поясню в чем разница.

Важнейшая роль любого контроллера заряда заключается в реализации правильного профиля заряда (как правило, это CC/CV — постоянный ток/постоянное напряжение). То есть контроллер заряда должен уметь ограничивать ток зарядки на заданном уровне, тем самым контролируя количество «заливаемой» в батарею энергии в единицу времени. Избыток энергии выделяется в виде тепла, поэтому любой контроллер заряда в процессе работы достаточно сильно разогревается.

По этой причине контроллеры заряда никогда не встраивают в аккумулятор (в отличие от плат защиты). Контроллеры просто являются частью правильного зарядного устройства и не более.

Схемы правильных зарядок для литиевых аккумуляторов приведены в этой статье.

Кроме того, ни одна плата защиты (или модуль защиты, называйте как хотите) не способен ограничивать ток заряда. Плата всего лишь контролирует напряжение на самой банке и в случае выхода его за заранее установленные пределы, размыкает выходные ключи, отключая тем самым банку от внешнего мира. Кстати, защита от КЗ тоже работает по такому же принципу — при коротком замыкании напряжение на банке резко просаживается и срабатывает схема защиты от глубокого разряда.

Путаница между схемами защиты литиевых аккумуляторов и контроллеров заряда возникла из-за схожести порога срабатывания (~4.2В). Только в случае с модулем защиты происходит полное отключение банки от внешних клемм, а в случае с контроллером заряда происходит переключение в режим стабилизации напряжения и постепенного снижения зарядного тока.

Схема контроллера литий-ионного аккумулятора.

Устройство и принцип работы защитного контроллера Li-ion/polymer аккумулятора

Если расковырять любой аккумулятор от сотового телефона, то можно обнаружить, что к выводам ячейки аккумулятора припаяна небольшая печатная плата. Это так называемая схема защиты, или Protection IC.

Из-за своих особенностей литиевые аккумуляторы требуют постоянного контроля. Давайте разберёмся более детально, как устроена схема защиты, и из каких элементов она состоит.

Рядовая схема контроллера заряда литиевого аккумулятора представляет собой небольшую плату, на которой смонтирована электронная схема из SMD компонентов. Схема контроллера 1 ячейки («банки») на 3,7V, как правило, состоит из двух микросхем. Одна микросхема управляющая, а другая исполнительная – сборка двух MOSFET-транзисторов.

На фото показана плата контроллера заряда от аккумулятора на 3,7V.

Плата защитного контроллера от аккумулятора сотового телефона

Микросхема с маркировкой DW01-P в небольшом корпусе – это по сути «мозг» контроллера. Вот типовая схема включения данной микросхемы. На схеме G1 — ячейка литий-ионного или полимерного аккумулятора. FET1, FET2 — это MOSFET-транзисторы.

Типовая схема включения микросхемы DW01-P

Цоколёвка, внешний вид и назначение выводов микросхемы DW01-P.

Цоколёвка, внешний вид и назначение выводов DW01-P

Транзисторы MOSFET не входят в состав микросхемы DW01-P и выполнены в виде отдельной микросхемы-сборки из 2 MOSFET транзисторов N-типа. Обычно используется сборка с маркировкой 8205, а корпус может быть как 6-ти выводной (SOT-23-6), так и 8-ми выводной (TSSOP-8). Сборка может маркироваться как TXY8205A, SSF8205, S8205A и т.д. Также можно встретить сборки с маркировкой 8814 и аналогичные.

Вот цоколёвка и состав микросхемы S8205A в корпусе TSSOP-8.

Цоколёвка и состав микросхемы S8205A

Два полевых транзистора используются для того, чтобы раздельно контролировать разряд и заряд ячейки аккумулятора. Для удобства их изготавливают в одном корпусе.

Тот транзистор (FET1), что подключен к выводу OD (Overdischarge) микросхемы DW01-P, контролирует разряд аккумулятора – подключает/отключает нагрузку. А тот (FET2), что подключен к выводу OC (Overcharge) – подключает/отключает источник питания (зарядное устройство). Таким образом, открывая или закрывая соответствующий транзистор, можно, например, отключать нагрузку (потребитель) или останавливать зарядку ячейки аккумулятора.

Давайте разберёмся в логике работы микросхемы управления и всей схемы защиты вцелом.

Защита от перезаряда (Overcharge Protection).

Как известно, перезаряд литиевого аккумулятора свыше 4,2 – 4,3V чреват перегревом и даже взрывом.

Если напряжение на ячейке достигнет 4,2 – 4,3V (Overcharge Protection VoltageVOCP), то микросхема управления закрывает транзистор FET2, тем самым препятствуя дальнейшему заряду аккумулятора. Аккумулятор будет отключен от источника питания до тех пор, пока напряжение на элементе не снизится ниже 4 – 4,1V (Overcharge Release VoltageVOCR) из-за саморазряда. Это только в том случае, если к аккумулятору не подключена нагрузка, например он вынут из сотового телефона.

Если же аккумулятор подключен к нагрузке, то транзистор FET2 вновь открывается, когда напряжение на ячейке упадёт ниже 4,2V.

Защита от переразряда (Overdischarge Protection).

Если напряжение на аккумуляторе падает ниже 2,3 – 2,5V (Overdischarge Protection VoltageVODP), то контроллер выключает MOSFET-транзистор разряда FET1 – он подключен к выводу DO.

Далее микросхема управления DW01-P перейдёт в режим сна (Power Down) и потребляет ток всего 0,1 мкА. (при напряжении питания 2V).

Тут есть весьма интересное условие. Пока напряжение на ячейке аккумулятора не превысить 2,9 – 3,1V  (Overdischarge Release VoltageVODR), нагрузка будет полностью отключена. На клеммах контроллера будет 0V. Те, кто мало знаком с логикой работы защитной схемы могут принять такое положение дел за «смерть» аккумулятора. Вот лишь маленький пример.

Миниатюрный Li-polymer аккумулятор 3,7V от MP3-плеера. Состав: управляющий контроллер — G2NK (серия S-8261), сборка полевых транзисторов — KC3J1.

Li-Po аккумулятор и схема защиты

Аккумулятор разрядился ниже 2,5V. Схема контроля отключила его от нагрузки. На выходе контроллера 0V.

Отключение ячейки Li-polymer аккумулятора при глубоком разряде

При этом если замерить напряжение на ячейке аккумулятора, то после отключения нагрузки оно чуть подросло и достигло уровня 2,7V.

Напряжение на глубоко разряженной ячейке Li-polymer аккумулятора

Чтобы контроллер вновь подключил аккумулятор к «внешнему миру», то есть к нагрузке, напряжение на ячейке аккумулятора должно быть 2,9 – 3,1V (VODR).

Тут возникает весьма резонный вопрос.

По схеме видно, что выводы Стока (Drain) транзисторов FET1, FET2 соединены вместе и никуда не подключаются. Как же течёт ток по такой цепи, когда срабатывает защита от переразряда? Как нам снова подзарядить «банку» аккумулятора, чтобы контроллер опять включил транзистор разряда — FET1?

Дело в том, что внутри полевых транзисторов есть так называемые паразитные диоды – они являются результатом технологического процесса изготовления MOSFET-транзисторов. Вот именно через такой паразитный (внутренний) диод транзистора FET1 и будет течь ток заряда, так как он будет включен в прямом направлении.

Если порыться в даташитах на микросхемы защиты Li-ion/polymer (в том числе DW01-P, G2NK), то можно узнать, что после срабатывания защиты от глубокого разряда, действует схема обнаружения заряда — Charger Detection. То есть при подключении зарядного устройства схема определит, что зарядник подключен и разрешит процесс заряда.

Зарядка до уровня 3,1V после глубокого разряда литиевой ячейки может занять весьма длительное время — несколько часов.

Чтобы восстановить литий-ионный/полимерный аккумулятор можно использовать специальные приборы, например, универсальное зарядное устройство Turnigy Accucell 6. О том, как это сделать, я уже рассказывал здесь.

Именно этим методом мне удалось восстановить Li-polymer 3,7V аккумулятор от MP3-плеера. Зарядка от 2,7V до 4,2V заняла 554 минуты и 52 секунды, а это более 9 часов! Вот столько может длиться «восстановительная» зарядка.

Восстановление завершено

Кроме всего прочего, в функционал микросхем защиты литиевых акумуляторов входит защита от перегрузки по току (Overcurrent Protection) и короткого замыкания. Защита от токовой перегрузки срабатывает в случае резкого падения напряжения на определённую величину. После этого микросхема ограничивает ток нагрузки. При коротком замыкании (КЗ) в нагрузке контроллер полностью отключает её до тех пор, пока замыкание не будет устранено.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

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.

Умный контроллер заряда литиевых аккумуляторов

Для долгой и счастливой жизни литиевого аккумулятора очень важно правильно его заряжать. Не менее важно контролировать так же и разряд. На наше спасение, уже давно придумали контроллер заряда литиевых аккумуляторов в виде готового модуля. Но можно ли ему доверять, сейчас мы это и проверим.

Как заряжать литиевые аккумуляторы

Вся фишка зарядки литиевых аккумуляторов кроется в том, что ни ток заряда ни напряжение не должен быть постоянными. Процесс заряда должен проходить по определенным фазам:

  1. При полной разрядке аккумулятора (около 3 вольт) ток заряда должен быть максимальным. Обычно он не должен превышать значения емкости аккумулятора (С).
  2. По мере накопления заряда аккумулятором, т.е. увеличения напряжения на клеммах аккумулятора, ток заряда должен уменьшаться.
  3. При достижении 90% от полного заряда, ток заряда должен снизиться до уровня порядка 0,1С. Как только напряжение на аккумуляторе достигнет 4.1-4.15 вольта, процесс заряда должен прекратиться.

Соблюдение этих правил заряда литиевого аккумулятора обеспечит ему продолжительный срок службы. Разрядка литиевого аккумулятора ниже 3 вольт, а так же его регулярная перезарядка даже на 0.1 вольта значительно сокращает емкость аккумулятора.

Готовые микросхемы

Сегодня существуют  микросхемы, представляющие из себя готовый контроллер заряда li ion аккумуляторов. Одной из таких микросхем является TP4056 (скачать даташит). Схема контроллера заряда литиевых аккумуляторов на TP4056 выглядит следующим образом:

Однако, если вам вздумалось ее реализовать, то спешу вас огорчить. Потраченные усилия, время и деньги во много много раз превысят покупку готового модуля, построенного по точно такой же схеме.

Модуль контроля заряда Li-ion аккумулятора

Специально для этой статьи я сотворил ролик, в котором показал, как пользоваться подобными модулями, а так же как собрать мощное зарядное устройство на этих модулях.

Это мой первый «шедевр» для Ютуба, поэтому буду очень рад просмотру. А еще больше буду рад любому Вашему фидбэку 🙂

Если Вы посмотрели ролик, то уже знаете, что готовый модуль контроля заряда литиевого аккумулятора можно прикупить всего за 30 центов.А так же то, что такие модули существуют как с контролем разряда аккумулятора так и без него.

Картинка демонстрирует все четыре варианта подобных модулей. Два левых модуля полностью аналогичны двум правым модулям, разница заключается только в установленном разъеме. А вот между собой, два левых модуля, как и два правых отличаются возможностью контроля разряда аккумулятора.

Если на модуле помимо контактов для аккумулятора В+ и В- также присутствуют контакты OUT+и OUT- то это значит, что модуль умеет контролировать разряд аккумулятора, а подключение нагрузки к аккумулятору происходит через модуль.

Контроллер заряда — максимальный ток

В исходном состоянии модуль может выдать максимальный ток заряда до 1 Ампера. Если нужно больше, то смотрите видосик (чуть выше).

Если же емкость аккумулятора меньше 1000мА*ч, то максимальный ток заряда лучше снизить до значения, равного емкости аккумулятора или еще ниже. Для этого стоит заменить резистор RPROG на подходящий номинал.

А теперь самое интересное — будем мерить

Мерить мы будем следующее:

  1. Процесс зарядки — посмотрим, как меняется ток заряда от напряжения на аккумуляторе.
  2. Разрядку, а точнее умение модуля продолжительно отдавать ток в нагрузку, а так же умение отрубать аккумулятор по достижении порога разряда.

Для этих целей нам понадобится вольтметр и амперметр. Но я рожа ленивая, да и мерить вручную в наш век — мартышкин труд. Поэтому на помощь был позван микроконтроллер PIC18F4550. Он умеет общаться с компом по USB и обладает 10-битным АЦП на борту.

Амперметр и вольтметр далее изображены условно. И вольтметр и амперметр реализованы на дифференциальных усилителях. Для измерения тока использован низкоомный резистор, разность напряжений с выводов которого и снимается дифференциальным усилителем. Такому методу измерения тока недавно была посвящена отдельная статья.

С выходов диф. усилителей сигнал поступает на АЦП микроконтроллера. Шаг АЦП по напряжению составляет около 5 мВ, чего для таких измерений более чем достаточно. Но для большей точности было дополнительно реализовано усреднение данных приходящих за каждые 10 секунд ( каждые 200 приходящих значений).

Все пытки проводились с участием аккумулятора Sony VTC6 типоразмера 18650. Этот аккумулятор обладает емкостью 3000 мА*ч. Максимальный выходной ток аккумулятора может достигать 30 А.

Измерения заряда аккумулятора

Для изучения процесса заряда аккумулятора была реализована следующая измерительная схема:

Полученный с ее помощью график, представлен на следующей картинке. Для удобства синим обозначена зависимость тока, а красным — зависимость напряжения от времени. При этом время указанно в секундах.

6000 секунд соответствуют 100 минутам или же в более привычном виде это 1 час 40 минут. Соответственно полная зарядка аккумулятора заняла около 6 часов. При емкости аккумулятора в 3000 мАч, средний ток заряда можно считать равным 500мА.

На графике отлично видны все три описанные выше фазы зарядки. Схемка отрабатывает все как и положено. Между разными экземплярами модулей присутствует небольшой разброс конечного напряжения, но он не критичен.

Стоит отметить, что любое измерение физической величины это лишь попытка приближения к истинному значению. Не стоит обращать внимание на мелкие зубчики, их природа может быть вызвана как неравномерностью АЦП так и нелинейностью модуля.

В любом случае получившаяся зависимость отлично удовлетворяет всем правилам заряда аккумулятора.

Умный модуль бережет аккумулятор

Я не зря назвал этот модуль умным. Если внимательно присмотреться к моменту подачи питания на модуль, то можно увидеть небольшую ступеньку на зависимости тока. Вот так она выглядит крупным планом:

Речь идет о ступеньке между 500 и 600 секундами на уровне 100 мА.

Модуль бережно относится к аккумулятору. Сначала он доводит напряжение на аккумуляторе примерное до 3 вольт током в 100 мА. А уже затем начинает кочегарить через аккумулятор 1 ампер. Ну или ток, который был установлен резистором RPROG.

Контроль разряда аккумулятора

Для изучения выходных характеристик модуля схема была несколько изменена. В качестве нагрузки был установлен переменный резистор, включенный последовательно с амперметром к выходным контактам модуля.

Сопротивление нагрузочного резистора было установлено так, что начальный ток разряда составлял около 1.15 А. Т.к. нагрузка была постоянной, соответственно ток в выходной цепи падал с падением напряжения на аккумуляторе.

Как видно из графика, модуль благополучно отрубил нагрузку от аккумулятора в районе 5000 сек. А это значит, что модуль отдавал ток порядка 1 ампера в течении полутора часов и не загнулся. Отличный результат)

Рост напряжения на аккумуляторе, после отключения нагрузки, вызван химическим восстановлением аккумулятора после столь длительной отдачи приличного тока.

Включение модуля произойдет, при подключении зарядного устройства, как только напряжение на аккумуляторе достигнет уровня в 2.9 — 3 вольта.

Нагрев

В процессе зарядки, когда ток составляет 1 ампер, модуль прилично греется. Стоит учитывать этот факт при использовании модуля в закрытом устройстве. Так, на открытом воздухе температура модуля достигала значений более 70 градусов (по термопаре).

В случае установки модуля в закрытый корпус желательно снизить максимальный ток заряда до 500-700 мА. Но на терма-клей все же не стоит крепить.

У самого же модуля предусмотрена защита от перегрева. Так при перегреве модуль начинает ограничивать выходной ток. Так что от перегрева он скорее всего не сдохнет — но не факт)

Где взять?

Я не могу ручаться за все подобные модули, ибо их производством не брезгует каждый уважающий себя житель поднебесной. Показанные модули заказывались уже не первый раз у конкретного продавца.

Покупать такие модули поштучно не выгодно — продавцы начинают накручивать стоимость доставки. Удобнее закупать сразу по 5 или 10 штук даже если требуется 1-2. Очень удобно, когда где-то в шкафу лежит кучка таких модулей и при необходимости можно быстро сообразить из них зарядку. Вот ссылки на разные лоты проверенного магазина:

1.65$ за 5 штук, и тем более 2.75$ за 10 штук — это копейки. Во многих магазинах радиодеталей с вас попросят аналогичную сумму за каждый такой модуль.

Да, ссылки реферальные, но покупая по ним Вы абсолютно ничего не теряете. Зато этим Вы говорите мне спасибо за проделанную работу и помогаете копеечкой моему проекту. Так что спасибо и Вам.

Заключение

Честно говоря я и сам не ожидал таких результатов, но модули зарядки литиевых аккумуляторов отлично себя показали. И я однозначно рекомендую к покупке такой контроллер заряда. На таких модулях можно мастерить много интересных штук. В скором времени я покажу как с их помощью соорудить блок бесперебойного питания для камер Canon.

 

Схема заряда для мощных LI-ION аккумуляторов



Приветствую, Самоделкины!
Если вы являетесь радиолюбителем, то наверняка пробовали собрать powerbank своими руками, хотя бы для спортивного интереса. Но в большей степени люди делают пауэрбанки своими руками по той причине, что заводские портативные зарядки им чем-то не устраивают. Взять хотя бы то, что ток зарядки таких powerbank’ов редко превышает значению в 1А (здесь имеется ввиду то, каким током заряжается сам powerbank, а не о выходном токе, которым он (powerbank) заряжает ваши гаджеты).


Так вот, 1А — это мало и, допустим, если емкость powerbankа внушительна и составляет, к примеру, 20 000 мАч, то таким током он будет заряжаться около 20 часов и более, что уж говорить про пауэрбанки с более высокой емкостью.
Платы заряда для одной банки литий-ионного аккумулятора на базе микросхемы TP4056 знакомы всем.

Они могут заряжать литиевый аккумулятор током до 1А. Китайцы сейчас продают и 3-ех амперные версии таких плат.

Так вот, автор сегодняшней самоделки (AKA KASYAN), решил скрестить 9 микросхем TP4056. Это даст возможность заряжать литиевые аккумуляторы током до 8-9А. Зачем это нужно? Ну, во-первых, такая плата будет весьма кстати, если вы решили собрать свой powerbank большой емкости, а во-вторых, сейчас в продаже встречаются мощные литий-ионные банки с емкостью 80,100 и более ампер часов и для них нужны мощные системы заряда.

Как мы знаем, есть много вариантов зарядки мощных литиевых банок, но самым дешевым из них остается как раз таки микросхема TP4056.

Каждая микросхема на 1А. Соединяйте по этому принципу сколько угодно микросхем, этим получая зарядное устройство на любой нужный ток.

Фишка микросхемы TP4056 заключается в том, что она заряжает аккумулятор правильным методом, то есть стабильным током и напряжением.


Как только напряжение на аккумуляторе доходит до значения 4,16-4,2В, заряд прекращается.

Вернемся к нашей схеме. Автору такая зарядка нужна именно для очень емкого пауэрбанка, его попросил сделать один знакомый, который занимается туризмом и водит людей в дальние походы, но это уже другая история.

Powerbank планируется на 100 000 мАч и зарядить такой, ясное дело от обычного USB-порта не получится. Точнее получится, если подождать где-то 5 дней, поэтому заряжать сборку из 48-ми литиевых банок стандарта 18650 автор намерен от 5-ти вольтовой шины компьютерного блока питания, он спокойно выдаст токи 10 и более ампер.


Насчет печатной платы. Ее, как всегда, вместе с общим архивом проекта можно скачать по ссылке в описании к видеоролику автора (ссылка ИСТОЧНИК в конце статьи) или ЗДЕСЬ. Автор предварительно ее отзеркалил, с вас остается только ее распечатать.


На плате имеются перемычки, их довольно много. Лучше использовать smd перемычки (резисторы с нулевым сопротивлением), в данном случае несколько перемычек заменены на резисторы с сопротивлением несколько сот миллиом, так как ничего другого под рукой у автора не было.


Микросхемы TP4056 будут греться в зависимости от тока заряда и входного напряжения, они все-таки работают в линейном режиме, и на каждой микросхеме около 1Вт мощности будет уходить в тепло, если входное напряжение составляет 5В. Общее количество микросхем 9 и соответственно 9Вт тепла, это довольно сильный нагрев.


Сами микросхемы охлаждаются за счет массивных дорожек, которые обильно залужены. Хотя гораздо лучше было бы использовать двухстороннюю плату, где медное покрытие на второй стороне играло бы роль радиатора, но как говорится — и так сойдёт, позже сделаем тепловые замеры и посмотрим насколько это страшно.


По времени автор был сильно ограничен, иначе (по его словам) заказал бы двустороннюю плату без перемычек и с хорошим охлаждением на заводе в Китае.

Из-за того, что монтаж односторонний есть несколько нюансов. По силовым дорожкам будут протекать токи около 9-10А и в некоторых местах дорожки довольно тонкие, поэтому токосъем лучше сделать в нескольких местах, затем провода соединить параллельно.



Первая микросхема — ведущая, остальные соединены параллельно, сугубо для увеличения общего тока.


На плате есть пара светодиодов. Один светится во время зарядки, второй — когда заряд окончен.


Ну а теперь наконец испытания. В качестве подопытной батареи у нас сборка из аккумуляторов 18650 с суммарной емкостью честных 18 000 мАч. Автор предварительно разрядил батарею.

В качестве источника питания будем использовать 5-вольтовую линию компьютерного блока питания.

Подключаем. Процесс пошел, загорелся соответствующий светодиодный индикатор. Ток заряда при этом составляет около 8А и это с учётом потерь на проводах.


Ждём минут 20, далее берем тепловизор и видим, что плата в целом довольно сильно нагрелась, притом больше всех нагрелись 2 последние микросхемы, у которых охлаждение не самое лучшее. Температура на них доходит до 83-ех градусов, но это нормально для микросхем TP4056.

Спустя где-то пару часов аккумулятор был полностью заряжен, при этом важно заметить, что по мере заряда ток будет падать, а, следовательно, уменьшится и тепловыделение на плате заряда.

По завершении процесса загорается второй индикатор, при этом напряжение на аккумуляторах составило 4,18В, а это значит, что собранная схема полностью функционирует и справляется с поставленными задачами, так что возьмите схему на вооружение, когда-то она может пригодиться.


В дальнейшем мы рассмотрим схему защиты для такой мощной сборки, а также соберем powerbank целиком и испытаем его. Предстоит также собрать самый важный орган пауэрбанка — мощный повышающий преобразователь, который будет преобразовывать напряжение с литиевых аккумуляторов до 5В, которые нужны для зарядки портативной электроники.

Ну а на этом пора заканчивать. Благодарю за внимание. До новых встреч!

Видео:


Источник Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Мощная LI-ION батарея своими руками

Приветствую, Самоделкины!

Как-то недавно у автора возникла необходимость в мощной литий-ионной батареи. В данной статье подробно рассмотрим, как правильно собирается батарея из литий-ионных банок стандарта 18650, короче, все по канонам. Думаю, будет интересно. В данном случае будем собирать батарею с напряжением 14,8В.


Чтобы получить литиевую батарею с таким напряжением, необходимо соединить последовательно 4 банки лития 18650. Для увеличения общей емкости, параллельно к каждой банке подключим еще по точно такой же. Все аккумуляторные банки в данном примере были взяты из старой батареи ноутбука. Автору повезло, и он по дешевке купил полностью рабочий аккумулятор, где было аж 8 банок.

Аккумуляторы, кстати, одни из лучших в своем роде, panasonic как никак. Выбор б/ушных банок в данном проекте обусловлен только тем, что они просто были в наличии у автора. Если же вы планируете собирать аккумулятор для серьезных дел, например, для электротранспорта, естественно предпочтение отдавайте новым, и желательно высоко токовым аккумулятором.

Их можно конечно же купить в Китае, например, заказать на сайте магазина Aliexpress, но советую прежде всего изучить ассортимент в местных магазинах, так как цены иногда могут даже не отличаться от китайских или же отличие может быть незначительным и к тому же ждать посылку не придется.

Так как автор решил использовать не новые аккумуляторы, а б/у, поэтому все банки прошли этап полного заряда с последующим разрядом.


Данная процедура необходима для выявления емкости аккумуляторов. И тут автору повезло, так как при разрядном токе в 1А, емкость почти всех аккумуляторов составила около 2300 мАч. Внутреннее сопротивление банок тоже было примерно одинаковым. Таким образом, общая емкость нашего аккумулятора будет около 4600 мАч при напряжении 14,8В. А в полностью заряженном состоянии, это напряжение будет доходить до 16,8В.

Затем необходимо очистить контакты банок от следов старой контактной сварки. Для этого автор использовал свой любимый подручный инструмент, который он ранее изготовил собственными руками.



Собственно, для этой цели понадобился сам инструмент, а так же специальная насадка для него.

Ранее, специально этого проекта, с Китая были заказаны пластиковые ячейки, которые применяются для сборки батарей с применением аккумуляторных банок стандарта 18650. Извлекаем ячейки из пакета, и соединяем между собой следующим образом:

Далее в отверстия каждой пластиковой ячейки устанавливаем по одному литий-ионному аккумулятору стандарта 18650.



Аккумуляторные банки будем соединять друг с другом при помощи никелевых шин, которые имеют следующие параметры:

Сперва необходимо нарезать никелевую шины на небольшие кусочки нужной длины. Затем приступаем к сварке.

Автор сваривал банки своим самопальным аппаратом для контактной сварки, который он ранее изготовил именно для таких целей.

Подключаем сварочный аппарат, электроды прижимаем к никелевой шине в месте необходимого контакта. Тут все довольно просто, ничего сложного.

Установлены банки таким образом, чтобы контакты для тока съема (или плюс и минус батареи), выходили с одной стороны, что очень удобно.

Аккумуляторные банки дополнительно необходимо зафиксировать, то есть склеить между собой. Это нужно для того, чтобы исключить обрыв точек сварки в случае долговременных вибраций аккумулятора, в общем, чтобы банки не шатались. В идеале для этого желательно использовать герметик. Но автор решает воспользоваться термоклеем. Горячим клеем, при помощи специального клеевого пистолета, проклеиваем места между аккумуляторов.


Проверим, все ли сделали правильно. Для этого подключаем измерительный инструмент (в данном случае мультиметр) и проверяем наличие напряжения на выводах только что собранной аккумуляторной батареи.

Прибор показывает 16.66В. Так и должно быть.
Теперь возьмем контроллер заряда.



Он выполняет несколько функций, в их числе защита аккумулятора от коротких замыканий, а также перезаряда и глубокого разряда. Данная плата как раз предназначена для 4 аккумуляторных банок. Ток срабатывания защиты данной платы составляет 30А. Автор его снизил в 2 раза (до 15А), убрав один из датчиков тока.

Теперь поработаем паяльником. Для начала необходимо облудить контакты нашей батареи.

Затем зачищаем провода от изоляции и их тоже необходимо облудить.




Далее размещаем плату контроллера заряда на подготовленное специально для нее место и припаиваем контакты аккумулятора к соответствующим контактам платы.






Затем приматывает плату контроллера заряда аккумулятора непосредственно к аккумуляторным банкам с помощью скотча.

Получаем единую конструкцию.

Проверяем.


Все работает. Вот так легко и просто можно собирать аккумуляторы с необходимым напряжением на выходе. Кстати, аккумуляторы, которые использовались автором, не являются высоко токовыми. Каждую банку можно разрядить токами не более 5А. С учетом того, что каждый блок у нас состоит из двух параллельно соединенных банок, получается, что такую аккумуляторную батарею можно разряжать током около 10А, а при 15 амперах уже сработает защита.

Благодарю за внимание. До новых встреч.

Видеоролик автора:


Источник Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Несложный способ восстановления работоспособности Li-Ion аккумуляторов от портативных устройств

Привет всем юзерам хабра, сегодня я буду рассказывать про то, как я довольно таки простым методом, восстанавливаю нерабочие Li-Ion аккумуляторы от портативных устройств до того как обзавёлся таким замечательным устройством как Imax B6. Таким методом я восстановил работоспособность уже, наверное, трем десяткам аккумуляторов от разных гаджетов, от фотоаппаратов до MP3 плееров, но я замечу, только восстановил работоспособность, емкость таким образом вернуть не получится, да и лично я не встречал способов вернуть емкость для такого типа аккумуляторов. К слову, емкость, которая останется в аккумуляторе, очень сильно зависит от того сколько аккумулятор пробыл в такой «клинической смерти».

Скажу сразу, данный метод не претендует на что-то из разряда «Вау, это что-то новенькое» но, тем не менее, не все про него знают. Суть данного метода чтобы «толкнуть» аккумулятор.

Вот видео всего процесса:


(информация что ниже будет дублировать информацию, предоставленную в видео)

Для того чтобы попробовать вернуть в жизнь аккумулятору нам понадобиться:

— Блок питания который выдаёт постоянное напряжение от 5 до 12 Вольт;
— Резистор номиналом от 330 до 1000 Ом, рассчитан на мощность 0.5 Вт, а хорошо бы и по мощнее;
— Вольтметр для того чтобы контролировать напряжение (по желанию).

Как правило, большинство блоков питания от Wi-Fi роутеров, свичей и модемов идут с разъемом 2.5 мм, например такой как на фото:

Почти всегда центральный контакт разъема имеет плюс, а боковой минус, и еще, как правило, полярность изображают на самом корпусе блока питания:

Как видно на фото мой блок выдаёт постоянное напряжение 12 В об этом свидетельствует значок посредине между 12V и 2.0A.
Ток блока питания должен быть выше 0.1 А.

Отключаем блок питания от сети чтобы уберечься от короткого замыкания которое может вывести из строя блок, подключаем так, как показано на рисунке, а именно, плюс 12 В к одному концу резистора, а второй конец резистора к плюсу аккумулятора (как правило у аккумулятора указанная полярность, если нету, то нужно как-то узнать где плюс а где минус), минус блока питания подсоединяем к минусу нерабочего аккумулятора.

Смотрим на напряжение если есть такая возможность, оно должно начать потихоньку расти, как только поднимется до 3.3 В то заряжаем уже посредством самого устройства от которого аккумулятор, после этого обязательно нужно следить за температурой аккумулятора на протяжении всего процесса заряда, пробовать рукой не начинает ли он греется, если аккумулятор начнёт быть более чем тёплым или горячим, немедленно вынимаем аккумулятор из устройства, он восстановлению уже не подлежит.

Если же нету возможности смотреть за напряжением, то делаем такую зарядку минуту или две, и вставляем в наше устройство чтобы посмотреть принимает ли оно аккумулятор или нет.

Давайте рассчитаем ток зарядки аккумулятора по Закону Ома (I = U / R) для случая с 12 В блоком питания:

12 В / 330 Ом = 0,036 А(36мА), то есть ток заряда будет 36 мА или же если взять резистор на 1 КилоОм тогда будет 12 В / 1000 Ом = 0,012А (12 мА).

То есть, при 12 В напряжении источника питания, зарядный ток будет составлять 36 мА, это если использовать резистор на 330 Ом, а если резистор взять резистор на 1 КОм, то ток зарядки будет составлять 12 мА.

Для случая с 5-ти вольтовым блоком питания (как правило, это зарядки для смартфонов):

5 В / 330 Ом = 0,015 А(15 мА), то есть ток заряда будет 15 мА или же если взять резистор на 1 КОм тогда будет 12 В / 1000 Ом = 0,005А (5 мА).

Как видим в этом случае ток зарядки, а соответственно и скорость роста напряжения на аккумуляторе будет ниже, по этому для случая с 5 В блоком питания можно взять резистор от 100 Ом, 5 В / 100 Ом = 0,050 А(50мА).

Не советую злоупотреблять токами зарядки(50 мА более чем достаточно для «толчка» аккумулятора) и завышением напряжения выше 4.2 В, в сети есть достаточно видео с возгоранием литиевых аккумуляторов, например вот:

Так что весь процесс восстановления работоспособности аккумулятора должен, проводится только под наблюдением. Нам главное только вывести аккумулятор из того состояния при котором контроллер, что внутри батареи, отключает аккумулятор от нагрузки.

Почему это работает?

Дело в том, что в аккумуляторах от многих портативных устройств есть контроллер, который следит за напряжением на аккумуляторе, если аккумулятор не использовать или же он долго полежит в разряженном состоянии, то контроллер как бы отключает рубильник, который соединяет аккумулятор от контактных площадок к которым подключается устройство.

Делается это то ли для защиты устройства то ли для того чтобы потребитель через некоторое время покупал новую продукцию.

Все мои публикации.

PS Есть ещё один способ которым я давно пользовался, вместо резистора взять компьютерный вентилятор 80х80 мм, правда минимальное напряжение в таком случае будет от 8 В ну а максимальное 16 В, но способ с резистором более проще, да и не у каждого есть вентилятор.

PPS Как говорят люди в комментариях, риск возгорания восстановленного аккумулятора повышается, особенно в момент первой зарядки, ещё раз акцентирую внимание на этом, следите за температурой на аккумуляторе при первой зарядке.

PPPS Не рекомендую восстанавливать очень старые аккумуляторы, которые пролежали в мёртвом состоянии больше чем пол года, так как у них риск возгорания будет ещё выше.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.