Самодельный зарядник для 18650. Зарядное устройство для Li-Ion аккумулятора из барахла. Можно ли заряжать литий-ионный аккумулятор без контроллера

Из огромного разнообразия li-ion акб особенно востребованным является аккумулятор 18650. Долгий срок службы и стабильные параметры аккумуляторов обеспечиваются соблюдением ряда правил, но основным условием, влияющим на работоспособность литий-ионных аккумуляторов 18650, является их правильная зарядка.

Аккумуляторная батарея 18650

Основными положительными характеристиками литиевых аккумуляторов 18650 являются возможность накапливать большой объем заряда, хранить этот заряд достаточно длительное время, отсутствие свойства памяти и мизерный удельный вес.

Эффект памяти, в первую очередь, характерен никель-кадмиевым аккумуляторам. Этот эффект означает некоторую потерю емкости АКБ в случае его зарядки до момента полного разряда.

Для аккумулятора 18650 и остальных l i- i on аккумуляторных батарей существует своя маркировка:

• Первые две цифры обозначают диаметр в миллиметрах;
• Следующие две цифры обозначают длину в миллиметрах;
• Последняя цифра обозначает вид исполнения аккумулятора (0 – обозначает цилиндр).

На начальном этапе производства и использования такие аккумуляторы отличались взрывоопасностью, ввиду неконтролируемых химических реакций внутри и случаев короткого замыкания внутри аккумуляторов. Для предотвращения таких поломок все аккумуляторные батареи в целом и 18650 в частности снабжены специальными платами с контроллерами, препятствующими порче аккумулятора ввиду критического перегрева и разгерметизации.

Оптимальные условия хранения литий-ионных аккумуляторов достигаются при температуре 5°C с 40%-ным разрядом аккумулятора.

Порядок заряда АКБ 18650

Известные производители ЗУ используют в них двухэтапный способ заряда батарей.

Двухэтапный способ заряда включает в себя:

1. Задача ЗУ на первой стадии сводится к зарядке стабилизированным током. Сила тока при зарядке определяется номинальной емкостью АКБ с коэффициентом порядка от 0,2 до 0,5. В процессе зарядки для поддержания стабильного тока происходит автоматическое повышение напряжения. При величине напряжения 4,2В процесс зарядки на данном этапе прекращается. К этому моменту аккумулятор успевает пополнить свою емкость на 70-80%. С целью сокращения времени заряда для литиевых аккумуляторов применяется процесс ускоренного заряда. В таком случае зарядный ток берется с коэффициентом 0,5-1,0;
2. Зарядка 18650 во втором этапе проходит с постоянным напряжением. Плата зарядки 18650 поддерживает Uзар.~4,15-4,25В и контролирует величину тока. Значение тока в процессе зарядки плавно уменьшается до величины 0,05-0,01 от емкости аккумулятора. Соответственно, процесс заряда считается законченным.

Помимо вышеупомянутых стадий заряда, для 18650 li -ion аккумуляторов применим подготовительный заряд АКБ. Заряжание производится пониженным током до момента, пока напряжение на аккумуляторе не достигнет величины 2,8В.

При всей незаменимости двухэтапная система зарядки имеет некоторые недостатки. Поскольку напряжение на АКБ замеряется во время прохождения через него большого зарядного тока, то, в зависимости от внутреннего сопротивления аккумулятора, такие замеры могут разниться. В связи с этим напряжение может достигать величины 4,3-4,4В, что крайне негативно сказывается на батарее. На практике лучше прибегнуть к использованию зарядных устройств с импульсами тока при наличии промежутков между ними. Во время этих промежутков замеряется величина напряжения на аккумуляторе. Чем ближе напряжение к величине полностью заряженного аккумулятора, тем короче импульс выдает зарядное устройство. Соответственно, при достижении замеряемого напряжения величины 4,15В подача импульсов прекратится.

Схемы зарядных устройств

Радиолюбители довольно часто задаются вопросом, как сделать зарядку для литий ионных аккумуляторов и как заряжать с максимальной экономией ресурсов, сил и времени. Наличие необходимой элементной базы и элементарных знаний не оставят радиолюбителя без зарядного устройства.

Собранная зарядка 18650 своими руками, изображенная на картинке ниже, настраивается путем установки выходного напряжения 4,2В подстроечным резистором R8 и зарядного тока резисторами R4, R6. Процесс заряда считается оконченным после угасания светодиода HL1.

Важно! Для нормального функционирования микросхемы LM317 зарядка для аккумуляторов 18650 должна иметь входное напряжение в пределах 8-12В.

Самодельная зарядка для 18650, имеющая в своем составе интегральные микросхемы МАХ(1551 или 1555), качественно отличается от конкурентов рядом свойств и особенностей:

• Способность заряжать аккумулятор от USB или от отдельного блока питания;
• Отсутствие внешних транзисторов и диодов;
• Защита от чрезмерного перегревания путем искусственного занижения зарядного тока.

Не составит особого труда получить импульсное ЗУ для 18650, своими руками собранное, ввиду отсутствия микросхемы в устройстве. Представленное зарядное для 18650 выполняет все требования и функции импульсной зарядки. Дополнительным достоинством зарядного устройства является возможность заменить элементную базу отечественными аналогами. Умная зарядка для аккумуляторов 18650, своими руками собранная и протестированная, прослужит не хуже приобретенного ЗУ.

Изложенная тема раскрыла такие вопросы: как зарядить аккумулятор, как сделать зарядку для li-ion аккумулятора. При эксплуатации зарядного устройства для аккумуляторов 18650, приобретенного или самоделки, главное – хорошо проверить значения выходных величин. Далее можно обратить внимание на дополнительные опции в виде ЖК-дисплеев, количества каналов, наличия подсветки, автомобильного переходника.

Видео

Сейчас очень популярны аккумуляторные батареи типа 18650. Их используют в повер банках, мощных фонариках, лазерных указках, портативных колонках и для различных самоделок . Продаются как с зарядным устройством, так и отдельно.

В этой статье я расскажу, как сделать простое зарядное устройство для этих аккумуляторных батарей.

Сборка и тестирование зарядного устройства для ознакомления.

Нам понадобится:
1. Шприц 20мл
2. 2 медных проводка
3. Пружинка от держателя батарей (из старой техники или игрушек)
4. Модуль заряда литиевых батарей 18650 на TP4056 5В 1А с micro USB интерфейсом ()
5. Термоклей
6. Аккумуляторная батарея тип 18650 ()

Из инструментов:
1. Паяльник
2. Клеевой пистолет
3. Канцелярский нож

Шаг 1
Нам понадобится медицинский шприц на 20мл

и аккумуляторная батарея типа 18650.

Шприц идеально подходит под размеры батареи.

Шаг 2
Отрезаем канцелярским ножом носик шприца(где вставляется иголка), чтобы он нам не мешал в дальнейшей эксплуатации.

Шаг 3
Берем пружинку от держателей батарей из старой техники(например от пульта или игрушек).

Продеваем снизу в отверстие медный проводок и закрепляем его на спирали пружинки как показано на фото.

Шаг 5
Берем модуль заряда литиевых батарей 18650 на TP4056 5В 1А с micro USB интерфейсом и крепим его термоклеем на шприц в удобном месте.

Соблюдая полярность подводим провода к модулю и припаиваем их паяльником. Можно изолировать модуль от внешнего мира прозрачным скотчем.

Немного о модуле TP4056 5В 1А. ()
Предназначен для заряда литиевых аккумуляторов 3.7В током до 1А. Этот модуль, благодаря размерам и разъему micro USB, легко встраивается в различные устройства и может служить альтернативной заменой для вышедших из строя зарядных устройств литиевых аккумуляторов. Поддерживает различные типы литиевых аккумуляторов, в том числе и популярный 18650. Модуль не защищен от переплюсовки (не соблюдения полярности) подключения, так что будьте внимательны при подключении аккумуляторов.

Шаг 6
Отрезаем от поршня шприца небольшой кусок у основания с резинкой, как показано на фото. Этим будем фиксировать батарею внутри шприца.

Шаг 7
Проделываем отверстие в шприце для медного проводка, чтобы он мог касаться плюсового контакта батареи.
Отверстие надо делать на уровне, когда батарея не зафиксирована поршнем шприца. На фото видно, что я ошибочно сделал одно нижнее отверстие в зафиксированном положении батареи.

Шаг 8
После того, как продели провод в проделанное отверстие и зафиксировав поршнем батарею, можно начинать тест зарядного устройства.

Для зарядки литий-ионных аккумуляторных батарей, когда нет специального зарядного устройства. Такие АКБ очень распространены, вот только купить ЗУ для его грамотной зарядки может (или хочет) не каждый, часто заряжая их обычными регулируемыми БП. Давайте рассмотрим как это нужно делать.

Возьмём для примера литий-ионный аккумулятор от Panasonic ncr18650b на 3.6 V 3400 mah. Сразу предупредим, что зарядка этого типа аккумуляторов является довольно опасной, если сделать это неправильно. Некоторые образцы издевательства выдерживают, а некоторые китайские "сверхэкономные" не обладают защитами и могут взорваться.

АКБ с протекцией

Защищенный аккумулятор должен иметь следующие элементы защиты:

• PTC , защита от перегрева и, косвенно, по току.
• CID , клапан давления, отключит ячейку, если давление высокое внутри, что может возникнуть из-за слишком мощной зарядки.
• PCB , плата защиты от чрезмерной разрядки, сброс выполняется автоматически или при помещении в зарядное устройство.

На приведенном выше рисунке показано, как устроена защита банки. Эта конструкция используется для любого типа современных защищённых литий-ионных батарей. PTC и клапан давления не будет видно, так как он является частью оригинальной батареи, но все остальные части защиты можно разглядеть. Ниже показаны варианты исполнения электронных защитных модулей, которые встречаются в стандартных круглых Li-Ion АКБ наиболее часто.

Зарядка лития

Вы можете найти типовую схему и принцип зарядки на ncr18650b батареи в даташите . Согласно документации, ток зарядки 1600 мA и напряжение 4.2 вольт.

Сам процесс состоит из двух этапов, первый - это постоянный ток, где необходимо задать значение в 1600 мA постоянного тока, а когда напряжение батареи достигает 4.20 V, начнется вторая стадия - постоянное напряжение. На этой стадии ток будет немного падать, и от ЗУ будет поступать около 10% от зарядного тока - это около 170 мА. Данное руководство относится ко всем литий-ионным и литий-полимерным аккумуляторам не только 18650 типа.

Аккумуляторы

Каким током заряжать li ion аккумулятор 18650? Как правильно эксплуатировать такую батарею. Чего литий-ионные источники тока бояться и как такой батарейке продлить срок службы? Подобные вопросы могут возникать в самых разных отраслях электроники.

И если вы решили собственноручно собрать ваш первый фонарик или электронную сигарету, то вам обязательно нужно ознакомиться с правилами работы с подобными источниками тока.

Литий-ионный аккумулятор – это тип аккумулятора электрического тока, который с 1991 года, после того как на рынок его презентовала компания SONY, приобрел широчайшее распространение в современной бытовой и электронной технике. Как источник питания подобные батареи используются в сотовых телефонах, ноутбуках и видеокамерах, как источник тока для электронной сигареты и электромобиля.

Недостатки этого типа батарей начинаются с того, что литий-ионные батареи первого поколения были взрывом на рынке. Не только в прямом, но и в переносном смысле. Эти батареи взрывались.

Объяснялось это тем, что внутри использовался анод из металлического лития. В процессе многочисленных зарядок и разрядок такого аккумулятора, на аноде появлялись пространственные образования, которые приводили к замыканию электродов, а как следствие – к возгоранию или взрыву.

После того, как этот материал заменили графитом, от подобной проблемы удалось избавиться, но могли еще возникать проблем на катоде, который был выполнен из оксида кобальта. При нарушении условий эксплуатации, а точнее перезарядке проблема могла повториться. Исправлено это было с началом использования литий-ферро-фосфатных батарей.

Все современные литий-ионные батареи предотвращают перегрев и перезаряд, но остается проблема потери заряда при низких температурах пользования приборами.

Среди неоспоримых преимуществ литий-ионных батарей, хотелось бы отметить следующие:

• высокая емкость батареи;
• низкий саморазряд;
• отсутствие необходимости обслуживания.

Оригинальные зарядные устройства

Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов довольно похоже на зарядное для свинцово-кислотных батарей. Разница состоит лишь в том, что у литий-ионного аккумулятора очень высоки напряжения на каждой банке и более жесткие требования допусков по напряжению.

Банкой такой аккумулятор называют из-за внешней схожести с алюминиевыми банками из-под напитков. Самым распространенным элементом питания подобной формы является 18650. Такое обозначение аккумулятор получил благодаря своим размерам: 18 миллиметров диаметра и 65 миллиметров в высоту.

Если для свинцово-кислотных аккумуляторов допустимы некоторые неточности в указании граничных напряжений во время зарядки, с литий-ионными элементами все обстоит куда конкретнее. В процессе зарядки, когда напряжение увеличивается до 4.2 Вольта, подача напряжения на элемент должна прекратиться. Допустимая погрешность всего 0.05 Вольт.

Китайские зарядки, которые можно встретить на рынке, могут рассчитываться на элементы питания на разных материалах. Li-ion, без ущерба для его работоспособности, можно заряжать током 0.8 А. В этом случае нужно очень внимательно контролировать напряжение на банке. Желательно не допускать величины выше 4.2 Вольт. Если в сборке с батареей будет иметься контроллер, то переживать ни о чем не стоит, контроллер все сделает за вас.

Самым идеальным зарядником для литий-ионных батарей будет стабилизатор напряжения и ограничительно тока в начале заряда.

Литий заряжать нужно стабильным напряжением и ограничением тока в начале заряда.

Самодельное зарядное

Чтобы заряжать 18650 можно купив универсальное зарядное устройство, и не мучиться вопросом, как проверить мультиметром необходимые параметры. Но такое приобретение вылетит вам в копеечку.

Цена на такое устройство будет варьироваться в районе 45 долларов США. А можно все-таки потратить 2-3 часа и собрать зарядное устройство своими руками. Причем это зарядное будет дешевым, надежным и будет автоматически отключать ваш аккумулятор.

Детали, которые сегодня мы будем использовать для создания нашего зарядного устройства, есть у каждого радиолюбителя. Если под рукой не оказалось радиолюбителя с нужными деталями, то на радиорынке вы сможете купить все детали не больше чем за 2-4 доллара. Схема, которая собрана правильно и аккуратно смонтирована, начинает работу сразу же и не нуждается в каких-либо дополнительных отладках.

Электрическая схема заряда аккумулятора 18650.

В довесок ко всему, при установке стабилизатора на подходящий радиатор, вы сможете спокойно ставить заряжаться свои аккумуляторы без страха того, что зарядка перегреется и загорится. Чего совершенно нельзя сказать о китайских зарядных устройствах.

Схема работает довольно просто. Сперва, аккумулятор нужно зарядить постоянным током, который определяется сопротивлением резистора R4. После того, как аккумулятор будет иметь напряжение 4.2 Вольта, начинается зарядка постоянным напряжением. Когда ток зарядки снизится до очень маленьких значений, светодиод в схеме перестанет гореть.

Токи, которыми рекомендуют заряжать литий-ионные аккумуляторы, не должны превышать 10% от емкости аккумулятора. Это позволить увеличить срок службы вашего элемента питания. При номинале резистора R4 – 11 Ом, ток в цепи будет составлять 100 мА. Если вы используете сопротивление в 5 Ом, то ток зарядки будет уже 230 мА.

Как продлить жизнь вашему 18650

Разобранный аккумулятор.

Если ваш литий-ионный аккумулятор вам приходится оставлять на некоторое время без работы, то лучше хранить элементы питания отдельно от устройства, которое они питают. Заряженный полностью элемент, со временем часть своего заряда утратит.

Элемент, который заряжен очень мало, или разряжен вовсе, может навсегда потерять работоспособность после длительной спячки. Оптимальным будет хранение 18650 на уровне заряда около 50 процентов.

Не стоит допускать полного разряда и перезаряда элемента. У литий-ионных элементов питания полностью отсутствует эффект памяти. Желательно заряжать такие элементы питания до того момента, когда их заряд полностью иссякнет. Это тоже способно продлить работоспособность аккумулятора.

Литий-ионки не любят ни жары, ни холода. Оптимальными температурными условиями для этих элементов питания будет диапазон от +10 до +25 градусов Цельсия.

Холод, может не только уменьшить время работы элемента, но и разрушить его химическую систему. Думаю, каждый из нас замечал, как на холоде быстро падает уровень заряда в мобильном телефоне.

Вывод

Резюмируя все вышесказанное, хочется заметить, что если вы собираетесь зарядить литий ионный аккумулятор с помощью зарядного устройства магазинного производства, обращайте внимание на то, чтобы это было не китайское производство. Очень часто эти зарядные собраны из дешевых материалов и не всегда в них соблюдается нужная технология, что может привести к нежелательным последствиям в виде возгораний.

Если вы хотите собирать устройство собственноручно, то заряжать литий-ионный аккумулятор нужно током, который будет составлять 10% от емкости аккумулятора. Максимальной может быть цифра в 20 процентов, но эта величина уже нежелательна.

При пользовании подобными элементами питания стоит соблюдать правила эксплуатации и хранения, чтобы исключить возможность взрыва, к примеру, от перегрева, или же выхода из строя.

Соблюдение условий и правил эксплуатации продлит срок службы литий-ионной батареи, и как следствие – избавит вас от ненужных финансовых затрат. Батарея – ваш помощник. Берегите ее!

В этом видеоуроке показано, как сделать зарядку для популярных литий ионных аккумуляторов формата 18650, многие пользуются подобными. Видео канала “Обзоры посылок и самоделки от jakson” о том, как сделать своими руками всего за пол доллара, внизу статьи.
Тема актуальная, например, фонарик, который не имеет встроенной функции зарядки подобных аккумуляторов, ему не обойтись без самодельного зарядного устройства.

В Китае самые дешевые стоят от 3$, выше. Купить можно в этом китайском магазине .

Единственное, что приобрести – недорогие модули для зарядки литиевых акб, они способны зарядить те, что используются в радиоуправляемой технике, стоят недорого. Можно было бы сделать самому подобный модуль, но в этом нет смысла, скорее всего выйдет дороже. Продаются модули дешево в этом китайском магазине .

Чтобы аккумуляторы 18650 заряжались независимо друг от друга, поскольку они обладают разной емкостью, будем использовать два модуля.

По сути в этих модулях нет ничего хитрого, на входе стоит mini usb разъем для питания модуля, на выходе два контакта: плюсовой и отрицательный для подсоединения аккумулятора, так же два светодиода – индикаторы зарядки, один показывает процент зарядки, второй то, что акб уже зарядился.

Единственная задача, которую предстоит выполнить своими руками, это сделать корпус для зарядного устройства – для этого будем использовать обрезки двп, они простые в обработке.

Чтобы их разрезать без пыли и стружки, используем скальпель, подойдет другой острый, режущий инструмент, например, строительный канцелярский нож.

По структуре материал довольно мягкий, больше напоминает картон, нежели какую-то древесину.

В общем нарезал двп при помощи скальпеля, это заняло около 10 минут, но получилось не аккуратно, так как лезвие иногда соскакивало. Края, где был произведен срез, не ровные, они под углом, но это не критично, поскольку в эти места будет заливаться термоклей, которым скрепим конструкцию. А на краях можно поработать наждачкой, которая сгладит все изъяны.

Будет скомпонован корпус зарядного устройства.

С этой стороны выведем один mini usb разъем, от него второй модуль, поскольку нет смысла делать две дырки в корпусе.

Также на боковых стенках самодельной зарядки сделаем выемки, чтобы доставать аккумуляторы.

Подготовил все части корпуса, сделал в них отверстия, скрепим термоклеем.
Корпус для зарядного устройства почти готов, пора бы перейти к начинке, термоклей неплохо подходит для скрепления двп, он почти сразу хватается, в отличие от пва клея, вам при склейке практически не приходится ждать, так же от него несложно избавиться при помощи скальпеля.

В качестве контактных площадок, которые будут соприкасаться с аккумуляторами 18650, используем кусочки фольгированного текстолита. Залудим их, к ним будет просто подпаять провода.

Два модуля необходимо соединить между собой, поскольку будем использовать только один mini usb, для этого просто контакты питания на входе впаиваем друг к другу, минус к минусу, плюс к плюсу.
И вот, что в итоге должно получиться, соединили между собой входящие контакты питания.
Продолжение с 5 минуты об устройстве для регулярном восполнении заряда литий ионных акб типа 18650

Есть на близкую тему.