###
  • Програми
  • Безпека
  • Новини
  • Цікаве
  • Поради
  • Новини
  • Огляди

    • Схеми захисту Li-ion акумуляторів від перерозряду (контролери розряду). Оптовий інтернет-магазин китайських товарів Установка плати захисту на 18650

    24.11.2019 Огляди

    Літієвий акумулятор (Li-Io, Li-Po) є найпопулярнішими на Наразіджерелами електричної енергії, що перезаряджаються. Літієвий акумулятор має номінальну напругу 3.7 Вольт, саме вона вказується на корпусі. Однак, заряджений на 100% акумулятор має напругу 4.2 В, а розряджений "у нуль" - 2.5 В, взагалі немає сенсу розряджати акумулятор нижче 3 В, по-перше, він від цього псується, по-друге, в проміжку від 3 до 2.5 В акумулятор віддає лише пару відсотків енергії. Таким чином, робочий діапазон напруги приймаємо 3 – 4.2 Вольта. Мою добірку порад з експлуатації та зберігання літієвих акумуляторівви можете подивитися ось у цьому відео

    Є два варіанти з'єднання акумуляторів, послідовне та паралельне.

    При послідовному з'єднанніпідсумовується напруга всіх акумуляторах, при підключенні навантаження з кожного акумулятора йде струм, рівний загальному струму в ланцюгу, загалом опір навантаження задає струм розряду. Це ви повинні пам'ятати зі школи. Тепер найцікавіше ємність. Місткість складання при такому з'єднанні по хорошому дорівнює ємності акумулятора з найменшою ємністю. Припустимо, що всі акумулятори заряджені на 100%. Дивіться, струм розряду у нас скрізь однаковий, і першим розрядиться акумулятор із найменшою ємністю, це як мінімум логічно. І як тільки він розрядиться, далі навантажувати цю збірку буде вже не можна. Так, решта акумуляторів ще заряджена. Але якщо ми продовжимо знімати струм, то наш слабкий акумулятор почне переряджатися, і вийде з ладу. Тобто правильно вважати, що ємність послідовно з'єднаної збірки дорівнює ємності самого малоємного, або розрядженого акумулятора. Звідси робимо висновок: збирати послідовну батарею потрібно в перших з однакових за ємністю акумуляторів, і по-друге, перед складання вони повинні бути заряджені однаково, простіше кажучи на 100%. Існує така штука, називається BMS (Battery Monitoring System), вона може стежити за кожним акумулятором в батареї, і як тільки один з них розрядиться, вона відключає всю батарею від навантаження, про це йдеться нижче. Тепер щодо зарядки такої батареї. Заряджати її потрібно напругою, що дорівнює сумі максимальної напруги на всіх акумуляторах. Для літієвих це 4.2 вольти. Тобто батарею із трьох заряджаємо напругою 12.6 ст. Дивіться, що відбувається, якщо акумулятори не однакові. Найшвидше зарядиться акумулятор із найменшою ємністю. Але інші ще не зарядилися. І наш бідний акумулятор буде смажитися і перезаряджатися, доки не зарядяться інші. Перерозряду, я нагадаю, літій теж дуже не любить і псується. Щоб цього уникнути, згадуємо попередній висновок.

    Перейдемо до паралельного з'єднання. Місткість такої батареї дорівнює сумі ємностей всіх акумуляторів, що до неї входять. Розрядний струм для кожного осередку дорівнює загальному струму навантаження, поділеному на кількість осередків. Тобто чим більше акумів у такому збиранні, тим більший струм вона може віддати. А ось із напругою відбувається цікава річ. Якщо ми збираємо акумулятори, що мають різну напругу, тобто грубо кажучи заряджені до різного відсотка, то після з'єднання вони почнуть обмінюватися енергією доти, доки напруга на всіх осередках стане однаковою. Робимо висновок: перед складання акуми знову ж таки повинні бути заряджені однаково, інакше при з'єднанні підуть великі струми, і розряджений акум буде зіпсований, і швидше за все може навіть спалахнути. У процесі розряду акумулятори теж обмінюються енергією, тобто якщо одна з банок має меншу ємність, інші не дадуть їй розрядитися швидше за них самих, тобто в паралельному складанні можна використовувати акумулятори з різною ємністю. Єдиний виняток - робота при великих струмах. На різних акумуляторах під навантаженням по-різному просаджується напруга, і між "сильним" і "слабким" акумом почне тікати струм, а цього нам зовсім не потрібно. І те саме стосується зарядки. Можна абсолютно спокійно заряджати різні за ємністю акумулятори в паралелі, тобто балансування не потрібне, збірка сама себе балансуватиме.

    В обох розглянутих випадках потрібно дотримуватися струму зарядки і струму розрядки. Струм зарядки для Li-Io не повинен перевищувати половини ємності акумулятора в амперах (акумулятор на 1000 mah – заряджаємо 0.5 А, акумулятор 2 Ah, заряджаємо 1 А). Максимальний струм розрядки зазвичай вказаний у дататіті (ТТХ) акумулятора. Наприклад: ноутбучні 18650 та акуми від смартфонів не можна вантажити струмом, що перевищує 2 ємності акумулятора в Амперах (приклад: акум на 2500 mah, значить максимум з нього потрібно брати 2.5*2 = 5 Ампер). Але існують високострумові акумулятори, де струм розряду явно вказаний у характеристиках.

    Особливості заряджання акумуляторів китайськими модулями

    Стандартний покупний зарядно-захисний модуль за 20 рублівдля літієвого акумулятора ( посилання на Aliexpress)
    (позиціонується продавцем як модуль для однієї банки 18650) може і буде заряджати будь-який літієвий акумулятор незалежно від форми, розміру та ємностідо правильної напруги 4,2 вольта (напруга повністю зарядженого акумулятора, під зав'язку). Навіть якщо це величезний літієвий пакет на 8000mah (зрозуміло йдеться про одну комірку на 3,6-3,7v). Модуль дає зарядний струм 1 ампер, Це означає що їм можна без побоювання заряджати будь-який акумулятор ємністю від 2000mah і вище (2Ah, значить зарядний струм - половина ємності, 1А) і відповідно час зарядки в годинах буде дорівнює ємності акумулятора в амперах (насправді трохи більше, півтора-два години на кожні 1000маг). До речі, акумулятор можна підключати до навантаження вже під час заряду.

    Важливо!Якщо ви хочете заряджати акумулятор меншої ємності (наприклад, одну стару банку на 900mah або крихітний літієвий пакетик на 230mah), то зарядний струм 1А це багато, його слід зменшити. Це робиться заміною резистора R3 на модулі згідно з прикладеною таблицею. Резистор необов'язково smd, підійде звичайнісінький. Нагадую, що зарядний струм повинен становити половину від ємності акумулятора (або менше не страшно).

    Але якщо продавець каже, що цей модуль для однієї банки 18650, чи можна їм заряджати дві банки? Чи три? Що якщо потрібно зібрати ємний пауербанк із кількох акумуляторів?
    МОЖНА, МОЖЛИВО! Усі літієві акумулятори можна підключати паралельно (всі плюси до плюсів, усі мінуси до мінусів) ПОЗА ЗАЛЕЖНОСТЬ ВІД ЄМНОСТІ. Спаяні паралельно акумулятори зберігають робочу напругу 4,2v, а їх ємність складається. Навіть якщо ви берете одну банку на 3400mah, а другу на 900 - вийде 4300. Акумулятори будуть працювати як одне ціле і будуть розряджатися пропорційною своїй ємності.
    Напруга в ПАРАЛЕЛЬНОМУ збиранні ЗАВЖДИ ОДИНКОВО НА ВСІХ АКУМУЛЯТОРАХ! І жоден акумулятор фізично не може розрядитися в зборці раніше за інших, тут працює принцип судин, що сполучаються. Ті, хто стверджують протилежне і кажуть, що акумулятори з меншою ємністю розрядяться швидше і помруть - плутають з послідовною збіркою, плюйте їм в обличчя.
    Важливо!Перед підключенням один до одного всі акумулятори повинні мати приблизно однакову напругу, щоб у момент спаювання між ними не потекли зрівняльні струми, вони можуть бути дуже великими. Тому найкраще перед збиранням просто зарядити кожен акумулятор окремо. Зрозуміло час зарядки всієї збірки буде збільшуватися, якщо ви використовуєте той самий модуль на 1А. Але можна паралелити два модулі, отримавши зарядний струм до 2А (якщо ваш зарядний пристрій може стільки дати). Для цього потрібно з'єднати перемичками всі аналогічні клеми модулів (крім Out-і B+, вони продубльовані на платах іншими п'ятаками, які вже й так виявляться з'єднаними). Або можна купити модуль ( посилання на Aliexpress), на якому мікросхеми вже стоять у паралель. Цей модуль здатний заряджати струмом 3 Ампера.

    Вибачте за зовсім очевидні речі, але люди, як і раніше, плутають, тому доведеться обговорити різницю між паралельним і послідовним з'єднанням.
    ПАРАЛЕЛЬНЕз'єднання (всі плюси до плюсів, усі мінуси до мінусів) зберігає напругу акумулятора 4,2 вольта, але збільшує ємність, складаючи всі ємності разом. У всіх пауербанках застосовується паралельне з'єднання кількох акумуляторів. Така збірка, як і раніше, може заряджатися від USB і підвищуючим перетворювачем напруга піднімається до вихідних 5v.
    НАСЛІДНЕз'єднання (кожен плюс до мінуса наступного акумулятора) дає кратне збільшення напруги однієї зарядженої банки 4,2 (2s - 8,4в, 3s - 12,6в і так далі), але ємність залишається колишня. Якщо використовуються три акумулятори на 2000mah, то ємність складання – 2000mah.
    Важливо!Вважається, що для послідовного складання священно обов'язково потрібно використовувати тільки акумулятори однакової ємності. Насправді, це не так. Можна використовувати різні, але тоді ємність батареї визначатиметься найменшою ємністю в зборці. Складаєте 3000+3000+800 – отримуєте збирання на 800mah. Тоді фахівці починають кукурікати, що тоді менш ємний акумулятор буде швидше розряджатися і помре. А це не має значення! Головне і справді священне правило – для послідовного збирання завжди і обов'язково потрібно використовувати плату захисту BMS на потрібну кількість банок. Вона визначатиме напругу на кожному осередку і відключить всю збірку, якщо якась розрядиться першою. У випадку з банком на 800 вона і розрядиться, БМС відключить навантаження від батареї, розряд зупиниться і залишковий заряд по 2200mah на інших банках вже не матиме значення - потрібно заряджатися.

    Плата BMS на відміну від одинарного зарядного модуля НЕ Є зарядним пристроєм послідовного складання. Для заряджання потрібен налаштоване джерело потрібної напруги та струму. Про це Гайвер зняв відео, тож не витрачайте час, подивіться його, там про це максимально досконало.

    Чи можна заряджати послідовне складання, з'єднавши кілька одинарних зарядних модулів?
    Насправді за деяких припущень – можна. Для якихось саморобок зарекомендувала себе схема з використанням одинарних модулів, з'єднаних також послідовно, але для КОЖНОГО модуля потрібен свій окремий джерело живлення. Якщо заряджаєте 3s – берете три телефонні зарядкита підключаєте кожну до одного модуля. При використанні одного джерела – коротке замикання живлення, нічого не працює. Така система також працює і як захист складання (але моделі здатні віддавати не більше 3 ампер) Або ж просто заряджайте складання побаночно, підключаючи модуль до кожного акумулятора до повного заряду.

    Індикатор зарядженості акумулятора

    Теж нагальна проблема - хоча б приблизно знати скільки відсотків заряду залишається на акумуляторі, щоб він не розрядився в найвідповідальніший момент.
    Для паралельних збірок на 4,2 вольта найочевиднішим рішенням буде одразу придбати готову плату пауербанку, на якій вже є дисплей, що відображає відсотки заряду. Ці відсотки не супер-точні, але все ж таки допомагають. Ціна питання приблизно 150-200руб, всі представлені на сайті Гайвера. Навіть якщо ви збираєте не пауербанк, а щось інше, плата ця досить дешева і невелика, щоб розмістити її в саморобці. Плюс вона вже має функцію заряду та захисту акумуляторів.
    Є готові мініатюрні індикатори на одну або кілька банок, 90-100р
    Ну а найдешевшим і народним методом є використання підвищуючого перетворювача МТ3608 (30 руб.), Налаштованого на 5-5,1v. Власне, якщо ви робите пауербанк на будь-якому перетворювачі на 5 вольт, то навіть не потрібно нічого докуповувати. Доробка полягає в установці червоного або зеленого світлодіода (інші кольори працюватимуть на іншій вихідній напрузі, від 6в і вище) через струмообмежуючий резистор 200-500 між вихідною плюсовою клемою (це буде плюс) і вхідний плюсової (для світлодіода це вийде мінус). Ви не помилилися між двома плюсами! Річ у тім, що з роботі перетворювача між плюсами створюється різниця напруги, +4,2 і +5в дають між собою напруга 0,8в. При розряді акумулятора його напруга падатиме, а вихідне з перетворювача завжди стабільне, значить різниця буде збільшуватися. І при напрузі на банку 3,2-3,4в різниця досягне необхідної величини, щоб запалити світлодіод – він починає показувати, що час заряджатися.

    Чим виміряти ємність акумуляторів?

    Ми вже звикли на думку, що для виміру потрібен Аймакс b6, а він коштує грошей і для більшості радіоаматорів надмірний. Але є спосіб виміряти ємність 1-2-3-банкового акумулятора з достатньою точністю і дешево - простий USB-тестер.

    Плата ця давно лежала в засіках, доки не підвернувся шанс використати її за прямим призначенням. Якщо Ви любите схеми та інструмент – буде цікаво.

    Якщо хтось пам'ятає, є у мене перероблений шуруповерт
    Більше 2 років він активно і справно працював, розряджав та заряджав його разів 40.
    Доки сам його жорстоко не перевантажив, роблячи вентиляційний отвір в ОСБ коронкою 102 мм, ледве утримуючи інструмент обома руками:)


    Мережевий шуруповерт також не впорався з такою роботою, а потужного дриля під рукою не виявилося. Результат - один із акумуляторів не витримав знущань і пішов у урвище. Зовсім: (
    Після часткового розбирання акумулятора з'ясувалося, що відгорів стрічковий алюмінієвий контакт до рулону. Ремонтувати акумулятори я поки що не вмію:(




    Інструмент був терміново необхідний, тому перша думка - купити такий же 26650 LiMn2O4 акумулятор і швиденько відновити батарейний блок. Але в магазинах такий же акумулятор не був виявлений. Замовляти з Китаю та чекати – надто довго…
    Крім того, вирішив додати до блоку плату захисту BMS, щоб таке не повторилося. Але ось біда - вільне місцев батарейному блоці немає:(
    Коротше, купив відносно недорого високострумові SONY US18650VTC4 (2100мАч 30А піковий 60А). Обійшлися в 750р за 3 штуки - це трохи дорожче, ніж на замовлення з Китаю, зате тут і зараз! Брав
    Місткість 2100мАч звичайно істотно менше колишніх 3500мАч, але я це як небудь переживу, все одно втомлюєшся швидше, ніж він розряджається. Під час чергового перекуру перекушування можна його підзарядити, тим більше тепер заряджати буду новою зарядкою великим струмом:)
    Два акумулятори, що працювали раніше, залишилися 26650 3500мАч перевірив на залишкову ємність - отримав 3140мАч. Падіння ємності на 10% цілком у допуску і акумулятори ще можна десь використовувати.








    Через невисоку вартість та вбудований балансир плату захисту можна вбудовувати прямо в батарейний блок електроінструменту. Функцій заряджання плата не має.
    Маркування плати HX-3S-FL25A-A
    Раніше вже були короткі оглядицієї плати, наприклад тут

    Розмір плати збігається із зазначеним 56х45мм, однак, товщина 4мм значно більша за заявлені 1,2мм, майте це на увазі.
    Шунт зібраний з двох SMD резисторів по 5мОм паралель (сумарно 2,5мОм).
    Дротові шунти все-таки надійніше тримають навантаження, тут явно трохи заощадили, зате резистори плоскі і не стирчать.
    Полівики стоять у паралель по 4 штуки


    Балансування зібрано на базі, номінальна напруга балансування 4,20В
    Струм балансування фіксований 42мА (4,20В/100Ом=42мА), для не сильно ємних акумуляторівцього цілком достатньо.
    Балансування працює постійно та незалежно від схеми захисту. Поки напруга на будь-якому з акумуляторів перевищує 4,20В, до нього підключається опір навантаження 100 Ом до тих пір, поки він не розрядиться до 4,20В.

    За бажання, дану платуможна легко переробити в 2S просто замкнувши перемичкою B2 і B +, при цьому силові ключі можуть грітися сильніше рахунок підвищення опору каналів полівиків.
    Захист забезпечують контролери

    Не порушуючи власних принципів, змалював вихідну принципову схему.


    Схема хоч і виглядає складно, працює просто та зрозуміло. Помилки звичайно нікуди не поділися - китайці тримають марку :)
    Нумерація транзисторів показана умовно.
    На p-n-n транзисторах Q1-Q6 зібраний перетворювач рівнів та суматор сигналів з HY2210
    На n-p-n транзисторах Q7-Q9 зібрано нехитру транзисторну логіку управління силовими ключами.
    Q7 відмикається при перерозряді будь-якого акумулятора до напруги нижче 2,40В, відновлення відбувається при напрузі понад 3,0В (після зняття навантаження або підключення до зарядки).
    Q8 забезпечує замикання захисту після її спрацьовування до моменту повного знімання навантаження. Одночасно, на ньому організовано швидкодіючий захист при короткому замиканні навантаження, коли струм стрибає понад 100А.
    Q9 відмикається при перезаряді будь-якого акумулятора до напруги понад 4,28В, відновлення відбувається під навантаженням при напрузі нижче 4,08В. При цьому силові ключі не перешкоджають перебігу розрядного струму.
    Точні пороги всіх контролерів не перевіряв, т.к. це трудомістко, але реально вони не дуже відрізняються від заявлених у специфікації.

    S1 та S2 – просто контрольні точки, до термозахисту відношення не мають. Більше того, замикати їх між собою не можна. Як нормально підключити термозахист – нижче розповім та покажу.
    На S1 з'являється сигнал при перерозрядженні будь-якого елемента.
    На S2 з'являється сигнал при перезарядженні будь-якого елемента, а також після спрацьовування струмового захисту.
    Струм споживання платою дуже малий (кілька мікроампер).

    Нові акумулятори

    Акумулятори підписані та перевірені, ємність відповідає номінальній



    Незважаючи на наявність апарату контактного зварювання, акумулятори паяв, т.к. у разі це найкраще рішення.
    Перед паянням необхідно акумулятори добре залудити.

    Акумулятори спаяні та встановлені на місце



    Плата припаяна (на фото плата вже перероблена)
    Будьте обережні і не замикати кінці з акумуляторів





    Силові дроти - в силіконовій ізоляції 1,5 кв.мм
    Контрольні дроти - МГТФ-0,2



    Типова схема підключення плати перестав бути оптимальної, т.к. до плати йдуть аж 4 силові дроти. Я підключив за більш простою схемою, коли до плати йде всього 2 силові дроти. Таке підключення допускається при малій довжині з'єднувальних проводів до акумуляторів

    Під навантаженням при різкому натисканні курка відразу спрацьовує захист плати:(
    Спочатку, я логічно припустив, що вона відрубується через струмове навантаження, але замикання шунта плати нічого не змінило. Стало зрозуміло, що не струмове навантаження плати викликає спрацювання захисту.
    Далі, підключив осцилограф у режимі запису до акумуляторів та перевірив напругу на них під навантаженням. Напруга встигла провалитися нижче 7В і захист тут же спрацював: (
    Ось і причина спрацьовування захисту. Чому напруга так сильно провалилася, адже акумулятори високострумові? Давайте займемося вимірами та розрахунками:
    - Напруга акумуляторів 11,4В (HP890CN)
    - внутрішній опір акумуляторів з даташиту на постійному струмі DC-IR 66мОм (3х22мОм)
    - Виміряний опір двигуна 63мОм
    - опір з'єднувальних проводів та перемикача шуруповерту - 23мОм
    - Опір плати захисту - шунт + MOSFET + проводи підключення - 10мОм
    Загальний опір ланцюга 66+63+23+10=162мОм
    Струм у ланцюзі 11,4/0,162= 70А
    Чимало, проте...

    Але проблема не в струмі, а в падінні напруги на акумуляторах.
    При струмі 70А напруга кожного акумулятора знижується на 70 * 0,022 = 1,54 і стає 3,8-1,54 = 2,26В. Ось вона, справжня причина спрацьовування захисту!
    Коригувати або видаляти захист небажано - знижується безпека використання, тому її треба просто уповільнити на час пуску двигуна. Додаємо конденсатор 0,47мкФ у потрібне місце та затримка готова:)
    Якщо комусь паяти дрібницю на плату важко, можна запаяти конденсатор навісним монтажем між S1 та B-
    Мені простіше було поставити конденсатор SMD:)
    Тепер є достатньо часу, щоб двигун встиг розкрутитись під навантаженням. При жорсткому блокуванні двигуна на повному газі захист спрацьовує через 0,3 сек, а не миттєво, як раніше.
    Перероблена плата


    На резистор 470кОм не звертайте уваги - рідний резистор 510кОм постраждав в результаті експериментів і був замінений що потрапило під руку:)
    Плата містить високоомні ланцюги, тому після паяння необхідно ретельно відмивати плату.

    Схема після переробки

    Опис усіх доробок
    1. Випаяний непотрібний конденсатор 0,1мкФ з 2 рішення HY2210 до шунту. Навіщо його взагалі поставили - незрозуміло, у датасіті на HY2210 він відсутній. На роботу не впливає, але випаяв його від гріха подалі.
    2. Доданий резистор база-емітер для нормального відновлення після спрацьовування захисту.
    Без нього, відновлення відновлення після зняття навантаження працює вкрай нестабільно, т.к. найменші наведення на P-заважають скидати захист. Відповідний номінал резистора 1-3МОм. Паяв цей резистор акуратно безпосередньо до висновків транзистора. Обережно, не перегрівайте його!
    3. Додано конденсатор 0,47мкф для уповільнення спрацьовування захисту від перерозряду з 25мс (типове для HY2210) до 300мс. Пробував підключати конденсатор 0,1мкФ – захист спрацьовує надто швидко для здоровенного двигуна RS-775. Якщо двигун зовсім звірячий, може знадобитися встановлення більш ємного конденсатора, наприклад 1мкФ

    Тепер різке натискання на курок під навантаженням не призводить до спрацьовування захисту:)

    Підключення захисного термовимикача.
    До цієї плати можна підключити як NO, так і NC термовимикач.
    Схеми наводжу нижче.


    Я використовував NO термовимикач KSD 9700 5A 70ºC



    Приклеїв його до акумуляторів

    Заодно вирішив відмовитися від зарядки з БП через струмообмежувальні резистори і заряджати акумулятори переробленою зарядкою 3S 12,6V 3A

    Підсумкова схема вийшла такою

    Заряджання Colaier 12,6В 3А

    на неї вже робив ув. kirich, але мені як завжди є що додати



    У вихідному вигляді зарядка не містить заявлений струм 3А і перегрівається. До того ж, вона випромінює помітні перешкоди на розташований радіоприймач.
    Зарядку було розібрано ще до тестів:)









    Від простих БП зарядка відрізняється встановленими додатково елементами схеми струмообмеження

    З доопрацюваннями буду короткий:)
    – Поставив відсутній вхідний фільтр. Тепер радіоприймач не реагує на зарядку, що працює.
    - Переставив у потрібні місця термістор NTC1 (5D-9) та запобіжник LF1 (T2A)
    - На платі є місце для встановлення розрядних резисторів R1+R2. Вони потрібні для розряду CX1 після вимкнення заряджання з мережі. Поставив розрядний резистор ОМЛТ-0,5 620 ком паралельно CX1:)



    Поставив вихідний дросель L1 замість перемичок. На роботу ніяк не вплинуло, бо вихідні пульсації для заряджання не мають великого значення.



    Знизив вихідну напругу з 12,8В до 12,65В підключенням паралельно резистору R29 8.2кОм резистора 390кОм
    - знизив вихідний струм з 3,2А до 2А заміною резистора R26 1,6кОм на резистор 1кОм


    Струм знизив тому, що по-перше, дана зарядка не може без перегріву видати струм 3А, а по-друге тому, що акумулятори US18650VTC4 мають максимальний зарядний струм 2А.
    Розведення друкованої плативиконана некоректно, через це немає хорошої стабільності вихідної напруги та струму. Міняти не став бо не дуже критично.

    Висновки:
    - Акумулятори SONY US18650VTC4 мають лише один недолік – невелику ємність
    - Плата BMS 3S 25A здатна працювати нормально після невеликого доопрацювання
    - Зарядка 3S 12,6В 3A у вихідному вигляді працює незадовільно і вимагає значного доопрацювання, рекомендувати її не можу, вибачте

    Після переробки, шуруповерт нормально працює вже 4 місяці. Зниження потужності не відчувається, заряджається швидко, трохи більше години.

    Оцінка характеристик того чи іншого зарядного пристрою важко без розуміння того, як власне повинен протікати зразковий заряд li-ion акумулятора. Тому перш ніж перейти безпосередньо до схем, давайте трохи згадаємо теорію.

    Якими бувають літієві акумулятори

    Залежно від того, з якого матеріалу виготовлений позитивний електрод літієвого акумулятора, існує кілька різновидів:

    • з катодом із кобальтату літію;
    • з катодом на основі літованого фосфату заліза;
    • на основі нікель-кобальт-алюмінію;
    • на основі нікель-кобальт-марганцю.

    Усі ці акумулятори мають свої особливості, але оскільки широкого споживача ці нюанси немає принципового значення, у цій статті вони не розглядатимуться.

    Також всі li-ion акумулятори виробляють у різних типорозмірах та форм-факторах. Вони можуть бути як у корпусному виконанні (наприклад, популярні сьогодні 18650), так і в ламінованому або призматичному виконанні (гель-полімерні акумулятори). Останні є герметично запаяні пакети з особливої ​​плівки, в яких знаходяться електроди і електродна маса.

    Найбільш поширені типорозміри li-ion акумуляторів наведені в таблиці нижче (всі вони мають номінальну напругу 3.7 вольта):

    Позначення Типорозмір Подібний типорозмір
    XXYY0,
    де XX- Вказівка ​​діаметра в мм,
    YY- значення довжини в мм,
    0 - відбиває виконання у вигляді циліндра    		 10180 2/5 AAA
    10220 1/2 AAA (Ø відповідає ААА, але на половину довжини)
    10280
    10430 ААА
    10440 ААА
    14250 1/2 AA
    14270 Ø АА, довжина CR2
    14430 Ø 14 мм (як у АА), але довжина менша
    14500 АА
    14670
    15266, 15270 CR2
    16340 CR123
    17500 150S/300S
    17670 2xCR123 (або 168S/600S)
    18350
    18490
    18500 2xCR123 (або 150A/300P)
    18650 2xCR123 (або 168A/600P)
    18700
    22650
    25500
    26500 З
    26650
    32650
    33600 D
    42120

    Внутрішні електрохімічні процеси протікають однаково і не залежать від форм-фактора та виконання АКБ, тому все, сказане нижче, однаково стосується всіх літієвих акумуляторів.

    Як правильно заряджати літій-іонні акумулятори

    Найбільш правильним способом заряду літієвих акумуляторів є заряд у два етапи. Саме цей спосіб використовує компанія Sony у всіх своїх зарядниках. Незважаючи на більш складний контролер заряду, це забезпечує повніший заряд li-ion акумуляторів, не знижуючи термін їхньої служби.

    Тут йдеться про двоетапний профіль заряду літієвих акумуляторів, скорочено іменованим CC/CV (constant current, constant voltage). Є ще варіанти з іпульсним та ступінчастим струмами, але в цій статті вони не розглядаються. Докладніше про зарядку імпульсним струмом можна прочитати.

    Отже, розглянемо обидва етапи заряду докладніше.

    1. На першому етапіповинен забезпечуватись постійний струм заряду. Розмір струму становить 0.2-0.5С. Для прискореного заряду допускається збільшення струму до 0.5-1.0С (де - це ємність акумулятора).

    Наприклад, для акумулятора ємністю 3000 мА/год, номінальний струм заряду першому етапі дорівнює 600-1500 мА, а струм прискореного заряду може лежати не більше 1.5-3А.

    Для забезпечення постійного зарядного струму заданої величини схема зарядного пристрою (ЗП) повинна вміти піднімати напругу на клемах акумулятора. На першому етапі ЗУ працює як класичний стабілізатор струму.

    Важливо:якщо планується заряд акумуляторів із вбудованою платою захисту (PCB), то при конструюванні схеми ЗУ необхідно переконатися, що напруга холостого ходу схеми ніколи не зможе перевищити 6-7 вольт. В іншому випадку плата захисту може вийти з ладу.

    У момент, коли напруга на акумуляторі підніметься до значення 4.2 вольта, акумулятор набере приблизно 70-80% своєї ємності (конкретне значення ємності залежить від струму заряду: при прискореному заряді трохи менше, при номінальному - трохи більше). Цей момент є закінченням першого етапу заряду і є сигналом для переходу до другого (і останнього) етапу.

    2. Другий етап заряду- це заряд акумулятора постійною напругою, але струмом, що поступово знижується (падаючим).

    На цьому етапі ЗП підтримує на акумуляторі напругу 4.15-4.25 вольта та контролює значення струму.

    У міру набору ємності зарядний струм буде знижуватися. Як його значення зменшиться до 0.05-0.01С, процес заряду вважається закінченим.

    Важливим нюансом роботи правильного зарядного пристрою є повне відключення від акумулятора після закінчення зарядки. Це пов'язано з тим, що для літієвих акумуляторів є вкрай небажаним їхнє тривале перебування під підвищеною напругою, що зазвичай забезпечує ЗУ (тобто 4.18-4.24 вольта). Це призводить до прискореної деградації хімічного складу акумулятора і, як наслідок, зниження його ємності. Під тривалим перебуванням мається на увазі десятки годин і більше.

    За час другого етапу заряду акумулятор встигає набрати ще приблизно 0.1-0.15 своєї ємності. Загальний заряд акумулятора у такий спосіб досягає 90-95%, що є відмінним показником.

    Ми розглянули два основні етапи заряду. Однак, висвітлення питання заряджання літієвих акумуляторів було б неповним, якби не було згадано ще один етап заряду - т.зв. передзаряд.

    Попередній етап заряду (передзаряд)- цей етап використовується лише для глибоко розряджених акумуляторів (нижче 2.5 В) для виведення їх на нормальний експлуатаційний режим.

    На цьому етапі заряд забезпечується постійним струмом зниженої величини доти, доки напруга на акумуляторі не досягне значення 2.8 Ст.

    Попередній етап необхідний для запобігання спучування та розгерметизації (або навіть вибуху з займанням) пошкоджених акумуляторів, що мають, наприклад, внутрішнє коротке замикання між електродами. Якщо через такий акумулятор відразу пропустити великий струм заряду, це неминуче призведе до його розігріву, а як пощастить.

    Ще одна користь передзаряду - це попереднє прогрівання акумулятора, що актуально при заряді при низьких температурах довкілля(У неопалюваному приміщенні в холодну пору року).

    Інтелектуальна зарядка повинна вміти контролювати напругу на акумуляторі під час попереднього етапу заряду і, якщо напруга довгий часне піднімається, робити висновок про несправність акумулятора.

    Усі етапи заряду літій-іонного акумулятора (включаючи етап передзаряду) схематично зображені на цьому графіку:

    Перевищення номінальної зарядної напруги на 0,15В може скоротити термін служби акумулятора вдвічі. Зниження напруги заряду на 0,1 вольт зменшує ємність зарядженої батареї приблизно на 10%, але значно продовжує термін служби. Напруга повністю зарядженого акумулятора після вилучення його із зарядного пристрою становить 4.1-4.15 вольта.

    Резюмую сказане вище, позначимо основні тези:

    1. Яким струмом заряджати акумулятор li-ion (наприклад, 18650 або будь-який інший)?

    Струм буде залежати від того, як швидко ви хотіли б його зарядити і може лежати в межах від 0.2С до 1С.

    Наприклад, для акумулятора типорозміру 18650 ємністю 3400 мА/год мінімальний струм заряду становить 680 мА, а максимальний - 3400 мА.

    2. Скільки часу потрібно заряджати, наприклад, акумуляторні батареї 18650?

    Час заряду залежить від струму заряду і розраховується за формулою:

    T = З/I зар.

    Наприклад, час заряду акумулятора ємністю 3400 мА/год струмом в 1А складе близько 3.5 годин.

    3. Як правильно зарядити літій-полімерний акумулятор?

    Будь-які літієві акумулятори заряджаються однаково. Не важливо, літій-полімерний він чи літій-іонний. Для нас, споживачів, жодної різниці немає.

    Що таке захист захисту?

    Плата захисту (або PCB - power control board) призначена для захисту від короткого замикання, перезаряджання та перерозряджання літієвої батареї. Як правило, в модулі захисту також вбудована і захист від перегріву.

    З метою дотримання техніки безпеки заборонено використання літієвих акумуляторів у побутових приладах, якщо в них не вбудована плата захисту. Тому у всіх акумуляторах від мобільних телефонів завжди є PCB-плата. Вихідні клеми АКБ розміщені прямо на платі:

    У цих платах використовується шестиногий контролер заряду на спеціалізованій мікрохвілі (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 та ін. аналоги). Завданням цього контролера є відключення батареї від навантаження при повному розряді батареї та відключення акумулятора від зарядки при досягненні 4,25В.

    Ось, наприклад, схема плати захисту від акумулятора BP-6M, якими постачалися старі нокіївські телефони:

    Якщо говорити про 18650, то вони можуть випускатися як із платою захисту так і без неї. Модуль захисту знаходиться в районі мінусової клеми акумулятора.

    Плата підвищує довжину акумулятора на 2-3 мм.

    Акумулятори без PCB-модуля зазвичай входять до складу батарей, що комплектуються власними схемами захисту.

    Будь-який акумулятор із захистом легко перетворюється на акумулятор без захисту, досить просто розпотрошити його.

    Сьогодні максимальна ємність акумулятора 18650 становить 3400 мА/ч. Акумулятори із захистом обов'язково мають відповідне позначення на корпусі (“Protected”).

    Не варто плутати PCB-плату із PCM-модулем (PCM - power charge module). Якщо перші служать лише цілям захисту акумулятора, то другі призначені для управління процесом заряду - обмежують струм заряду на заданому рівні, контролюють температуру і забезпечують весь процес. PCM-плата - це те, що ми називаємо контролером заряду.

    Сподіваюся, тепер не залишилося питань, як зарядити акумулятор 18650 чи будь-який інший літієвий? Тоді переходимо до невеликої добірки готових схемотехнічних рішень зарядних пристроїв (тих контролерів заряду).

    Схеми заряджання li-ion акумуляторів

    Всі схеми підходять для заряджання будь-якого літієвого акумулятора, залишається тільки визначитися із зарядним струмом та елементною базою.

    LM317

    Схема простого зарядного пристрою на основі мікросхеми LM317 з індикатором заряду:

    Схема найпростіша, все налаштування зводиться до встановлення вихідної напруги 4.2 вольта за допомогою підстроювального резистора R8 (без підключеного акумулятора!) та встановлення струму заряду шляхом підбору резисторів R4, R6. Потужність резистора R1 – не менше 1 Ватт.

    Як тільки згасне світлодіод, процес заряду можна вважати закінченим (зарядний струм до нуля ніколи не зменшиться). Не рекомендується довго тримати акумулятор у цій зарядці після того, як він повністю зарядиться.

    Мікросхема lm317 широко застосовується у різних стабілізаторах напруги та струму (залежно від схеми включення). Продається на кожному кутку і коштує взагалі копійки (можна взяти 10 шт. за 55 рублів).

    LM317 буває в різних корпусах:

    Призначення висновків (цоколівка):

    Аналогами мікросхеми LM317 є: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, КР142ЕН12, КР1157ЕН1 (останні два – вітчизняного виробництва).

    Зарядний струм можна збільшити до 3А, якщо замість LM317 взяти LM350. Вона, правда, дорожче буде 11 руб/шт.

    Друкована плата та схема у зборі наведені нижче:

    Старий радянський транзистор КТ361 можна замінити на аналогічний p-n-pтранзистор (наприклад, КТ3107, КТ3108 або буржуазні 2N5086, 2SA733, BC308A). Його можна взагалі забрати, якщо індикатор заряду не потрібен.

    Недолік схеми: напруга живлення має бути в межах 8-12В. Це пов'язано з тим, що для нормальної роботи мікросхеми LM317 різниця між напругою на акумуляторі та напругою живлення має бути не менше 4.25 Вольт. Таким чином, від USB-порту запитати не вдасться.

    MAX1555 або MAX1551

    MAX1551/MAX1555 - спеціалізовані зарядні пристроїдля Li+ акумуляторів, здатні працювати від USB або окремого адаптера живлення (наприклад, зарядника від телефону).

    Єдина відмінність цих мікросхем – МАХ1555 видає сигнал для індикатора процесу заряду, а МАХ1551 – сигнал того, що живлення включене. Тобто. 1555 в більшості випадків все-таки краще, тому 1551 зараз вже важко знайти у продажу.

    Детальний опис цих мікросхем від виробника.

    Максимальна вхідна напруга від DC-адаптера – 7 В, при живленні від USB – 6 В. При зниженні напруги живлення до 3.52 В мікросхема відключається і заряд припиняється.

    Мікросхема сама детектує на якому вході є напруга живлення і підключається до нього. Якщо живлення йде по ЮСБ-шині, то максимальний струм заряду обмежується 100 мА - це дозволяє встромити зарядник в USB-порт будь-якого комп'ютера, не побоюючись спалити південний міст.

    При живленні від окремого блоку живлення типове значення зарядного струму становить 280 мА.

    У мікросхеми вбудовано захист від перегріву. Але навіть у цьому випадку схема продовжує працювати, зменшуючи струм заряду на 17 мА на кожний градус вище за 110°C.

    Є функція попереднього заряду (див. вище): доки напруга на акумуляторі знаходиться нижче 3В, мікросхема обмежує струм заряду на рівні 40 мА.

    Мікросхема має 5 висновків. Ось типова схема включення:

    Якщо є гарантія, що на виході вашого адаптера напруга за жодних обставин не зможе перевищити 7 вольт, можна обійтися без стабілізатора 7805.

    Варіант зарядки від USB можна зібрати, наприклад, на .

    Мікросхеми не потребує ні зовнішніх діодів, ні зовнішніх транзисторів. Взагалі, звісно, ​​шикарні мікрохи! Тільки вони маленькі надто, паяти незручно. І ще коштують дорого().

    LP2951

    Стабілізатор LP2951 виробляється фірмою National Semiconductors(). Він забезпечує реалізацію вбудованої функції обмеження струму та дозволяє формувати на виході схеми стабільний рівень напруги заряду літій-іонного акумулятора.

    Розмір напруги заряду становить 4,08 - 4,26 вольта і виставляється резистором R3 при відключеному акумуляторі. Напруга тримається дуже точно.

    Струм заряду становить 150 - 300мА, це значення обмежено внутрішніми ланцюгами мікросхеми LP2951 (залежить від виробника).

    Діод застосовувати з невеликим зворотним струмом. Наприклад, він може бути будь-яким із серії 1N400X, який вдасться придбати. Діод використовується як блокувальний для запобігання зворотного струму від акумулятора в мікросхему LP2951 при відключенні вхідної напруги.

    Ця зарядка видає досить низький зарядний струм, тому який-небудь акумулятор 18650 може заряджатися всю ніч.

    Мікросхему можна купити як у DIP-корпусі, так і в корпусі SOIC(Вартість близько 10 рублів за штучку).

    MCP73831

    Мікросхема дозволяє створювати правильні зарядні пристрої, до того ж вона дешевша, ніж розкручена MAX1555.

    Типова схема включення взята з:

    Важливою перевагою схеми є відсутність низькоомних потужних резисторів, що обмежують струм заряду. Тут струм задається резистором, підключеним до 5-го виведення мікросхеми. Його опір має лежати у діапазоні 2-10 кОм.

    Зарядка у зборі виглядає так:

    Мікросхема в процесі роботи непогано так нагрівається, але це їй не заважає. Свою функцію виконує.

    Ось ще один варіант друкованої плати з smd світлодіодомта роз'ємом мікро-USB:

    LTC4054 (STC4054)

    Дуже проста схема, відмінний варіант! Дозволяє заряджати струмом до 800 мА (див. ). Щоправда, вона має властивість сильно нагріватися, але в цьому випадку вбудований захист від перегріву знижує струм.

    Схему можна суттєво спростити, викинувши один або навіть обидва світлодіоди з транзистором. Тоді вона виглядатиме ось так (погодьтеся, простіше нікуди: пара резисторів і один кондер):

    Один з варіантів друкованої плати доступний . Плата розрахована під елементи типорозміру 0805.

    I=1000/R. Відразу великий струм виставляти не варто, спочатку подивіться, наскільки сильно грітиметься мікросхема. Я для своїх цілей взяв резистор на 2.7 ком, при цьому струм заряду вийшов близько 360 мА.

    Радіатор до цієї мікросхеми навряд чи вдасться пристосувати, та й не факт, що він буде ефективним через високий тепловий опір переходу кристал-корпус. Виробник рекомендує робити тепловідведення "через висновки" - робити якомога товстіші доріжки та залишати фольгу під корпусом мікросхеми. І взагалі чим більше буде залишено "земляної" фольги, тим краще.

    До речі кажучи, більша частина тепла відводиться через 3 ногу, так що можна зробити цю доріжку дуже широкою і товстою (залити її надмірною кількістю припою).

    Корпус мікросхеми LTC4054 може мати маркування LTH7 чи LTADY.

    LTH7 від LTADY відрізняються тим, що перша може підняти акумулятор, що сильно сів (на якому напруга менше 2.9 вольт), а друга - ні (потрібно окремо розгойдувати).

    Микросхема вышла очень удачной, поэтому имеет кучу аналогов: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, IT4504, Y1880, PT6102, PT6181, VS6102, HX6001, LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Перш, ніж використовувати будь-який з аналогів, звіряйтеся по датацит.

    TP4056

    Мікросхема виконана в корпусі SOP-8 (див. ), має на череві металевий теплознімач не з'єднаний з контактами, що дозволяє ефективніше відводити тепло. Дозволяє заряджати акумулятор струмом до 1А (струм залежить від резистора, що струмозадає).

    Схема підключення вимагає мінімум навісних елементів:

    Схема реалізує класичний процес заряду - спочатку заряд постійним струмом, потім постійною напругою і струмом, що падає. Все по-науковому. Якщо розібрати зарядку по кроках, можна виділити кілька етапів:

    1. Контролює напругу підключеного акумулятора (це відбувається постійно).
    2. Етап передзаряду (якщо акумулятор розряджено нижче 2.9 В). Заряд струмом 1/10 від запрограмованого резистором R prog (100мА при R prog = 1.2 кОм) рівня 2.9 В.
    3. Заряджання максимальним струмом постійної величини (1000мА при R prog = 1.2 кОм);
    4. При досягненні на батареї 4.2 В напруга на батареї фіксується на цьому рівні. Починається плавне зниження зарядного струму.
    5. При досягненні струму 1/10 від запрограмованого резистором R prog (100мА при R prog = 1.2кОм) зарядний пристрій вимикається.
    6. Після закінчення заряджання контролер продовжує моніторинг напруги акумулятора (див. п.1). Струм, що споживається схемою моніторингу 2-3 мкА. Після падіння напруги до 4.0В, заряджання вмикається знову. І так по колу.

    Струм заряду (в амперах) розраховується за формулою I=1200/R prog. Допустимий максимум - 1000 мА.

    Реальний тест зарядки з акумулятором 18650 на 3400 мА/год показано на графіку:

    Гідність мікросхеми в тому, що струм заряду задається лише одним резистором. Не потрібні потужні низькоомні резистори. Плюс є індикатор процесу заряджання, а також індикація закінчення заряджання. При непідключеному акумуляторі індикатор блимає з періодичністю раз на кілька секунд.

    Напруга живлення схеми має лежати не більше 4.5...8 вольт. Чим ближче до 4.5В – тим краще (так чіп менше гріється).

    Перша нога використовується для підключення датчика температури, вбудованого в літій-іонну батарею (зазвичай це середнє виведення акумулятора стільникового телефону). Якщо на виводі напруга буде нижчою за 45% або вище 80% від напруги живлення, то зарядка припиняється. Якщо контроль температури вам не потрібний, просто посадіть цю ногу на землю.

    Увага! Ця схема має один істотний недолік: відсутність схеми захисту від переполюсування батареї. У цьому випадку контролер гарантовано вигоряє з ладу через перевищення максимального струму. У цьому напруга живлення схеми безпосередньо потрапляє на акумулятор, що дуже небезпечно.

    Печатка проста, робиться за годину на коліні. Якщо час терпить, можна замовити готові модулі. Деякі виробники готових модулів додають захист від перевантаження по струму і перерозряду (наприклад, можна вибрати яка плата вам потрібна - із захистом або без, і з яким роз'ємом).

    Також можна знайти готові плати з виведеним контактом під температурний датчик. Або навіть модуль зарядки з кількома запаралеленими мікросхемами TP4056 для збільшення зарядного струму та із захистом від переполюсування ( приклад).

    LTC1734

    Теж дуже проста схема. Струм заряду задається резистором R prog (наприклад, якщо поставити резистор на 3 ком, струм дорівнюватиме 500 мА).

    Мікросхеми зазвичай мають маркування на корпусі: LTRG (їх можна часто зустріти у старих телефонах від самсунгів).

    Транзистор підійде взагалі будь-який p-n-pголовне, щоб він був розрахований на заданий струм зарядки.

    Індикатора заряду на зазначеній схемі немає, але на LTC1734 сказано, що висновок "4" (Prog) має дві функції - установку струму і контроль закінчення заряду батареї. Для прикладу наведено схему з контролем закінчення заряду за допомогою компаратора LT1716.

    Компаратор LT1716 у цьому випадку можна замінити дешевим LM358.

    TL431 + транзистор

    Напевно, складно придумати схему більш доступних компонентів. Тут найскладніше - це знайти джерело опорної напруги TL431. Але вони настільки поширені, що зустрічаються практично всюди (рідко яке джерело живлення обходиться без цієї мікросхеми).

    Ну а транзистор TIP41 можна замінити будь-яким іншим з відповідним струмом колектора. Підійдуть навіть старі радянські КТ819, КТ805 (чи менш потужні КТ815, КТ817).

    Налаштування схеми зводиться до встановлення вихідної напруги (без акумулятора!!!) за допомогою підстроювального резистора на рівні 4.2 вольта. Резистор R1 визначає максимальне значення зарядного струму.

    Дана схема повноцінно реалізує двоетапний процес заряду літієвих акумуляторів - спочатку заряджання постійним струмом, потім перехід до фази стабілізації напруги і плавне зниження струму практично до нуля. Єдиний недолік - погана повторюваність схеми (примхлива в налаштуванні і вимоглива до компонентів, що використовуються).

    MCP73812

    Є ще одна незаслужено обділена увагою мікросхема від компанії Microchip – MCP73812 (див. ). На її базі виходить дуже бюджетний варіант зарядки (і недорогий!). Весь обвіс - всього один резистор!

    До речі, мікросхема виконана у зручному для паяння корпусі – SOT23-5.

    Єдиний мінус сильно гріється і немає індикації заряду. Ще вона якось не дуже надійно працює, якщо у вас малопотужне джерело живлення (яке дає просідання напруги).

    Загалом, якщо вам індикація заряду не важлива, і струм в 500 мА вас влаштовує, то МСР73812 - дуже непоганий варіант.

    NCP1835

    Пропонується повністю інтегроване рішення - NCP1835B, що забезпечує високу стабільність зарядної напруги (4.2±0.05).

    Мабуть, єдиним недоліком даної мікросхеми є її мініатюрний розмір (корпус DFN-10, розмір 3х3 мм). Не кожному під силу забезпечити якісне паяння таких мініатюрних елементів.

    З незаперечних переваг хотілося б відзначити таке:

    1. Мінімальна кількість деталей обважування.
    2. Можливість заряджання повністю розрядженої батареї (передзаряд струмом 30мА);
    3. Визначення закінчення заряджання.
    4. Програмований зарядний струм – до 1000 мА.
    5. Індикація заряду та помилок (здатна детектувати незаряджувані батареї та сигналізувати про це).
    6. Захист від тривалого заряду (змінюючи ємність конденсатора С, можна задати максимальний час заряду від 6,6 до 784 хвилин).

    Вартість мікросхеми не те щоб копійчана, а й не настільки велика (~1$), щоб відмовитися від її застосування. Якщо ви товаришуєте з паяльником, я б порадив зупинити свій вибір на цьому варіанті.

    Більше докладний описзнаходиться в .

    Чи можна заряджати літій-іонний акумулятор без контролера?

    Так можна. Однак це вимагатиме щільного контролю за зарядним струмом та напругою.

    Взагалі, зарядити АКБ, наприклад, наш 18650 без зарядного пристрою не вийде. Все одно потрібно якось обмежувати максимальний струм заряду, так що хоча б найпримітивніше ЗУ, але все ж таки буде потрібно.

    Найпростіший зарядний пристрій для будь-якого літієвого акумулятора - це резистор, послідовно включений з акумулятором:

    Опір та потужність розсіювання резистора залежать від напруги джерела живлення, яке використовуватиметься для заряджання.

    Давайте як приклад, розрахуємо резистор для блоку живлення напругою 5 Вольт. Заряджатимемо акумулятор 18650, ємністю 2400 мА/год.

    Отже, на початку зарядки падіння напруга на резисторі становитиме:

    U r = 5 – 2.8 = 2.2 Вольта

    Припустимо, що наш 5-вольтовий блок живлення розрахований на максимальний струм 1А. Найбільший струм схема буде споживати на початку заряду, коли напруга на акумуляторі мінімальна і становить 2.7-2.8 Вольта.

    Увага: у цих розрахунках не враховується ймовірність того, що акумулятор може бути дуже глибоко розрядженим і напруга на ньому може бути набагато нижчою, аж до нуля.

    Таким чином, опір резистора, необхідне обмеження струму на початку заряду лише на рівні 1 Ампера, має становити:

    R = U / I = 2.2 / 1 = 2.2 Ом

    Потужність розсіювання резистора:

    P r = I 2 R = 1 * 1 * 2.2 = 2.2 Вт

    В самому кінці заряду акумулятора, коли напруга на ньому наблизиться до 4.2, струм заряду становитиме:

    I зар = (U іп – 4.2) / R = (5 – 4.2) / 2.2 = 0.3 А

    Тобто, як ми бачимо, всі значення не виходять за рамки допустимих для даного акумулятора: початковий струм не перевищує максимально допустимий струм заряду для акумулятора (2.4 А), а кінцевий струм перевищує струм, при якому акумулятор вже перестає набирати ємність (0.24 А).

    Найголовнішим недоліком такої зарядки є необхідність постійно контролювати напругу на акумуляторі. І вручну вимкнути заряд, як тільки напруга досягне 4.2 Вольта. Справа в тому, що літієві акумулятори дуже погано переносять навіть короткочасну перенапругу - електродні маси починають швидко деградувати, що неминуче призводить до втрати ємності. Поруч із створюються всі передумови для перегріву і розгерметизації.

    Якщо у ваш акумулятор вбудована плата захисту, про які йшлося трохи вище, все спрощується. Після досягнення певної напруги на акумуляторі, плата сама відключить його від зарядного пристрою. Однак такий спосіб зарядки має суттєві мінуси, про які ми розповідали у .

    Захист, вбудований в акумулятор, не дозволить його перезарядити за жодних обставин. Все, що вам залишається зробити, це проконтролювати струм заряду, щоб він не перевищив допустимі значення для акумулятора (плати захисту не вміють обмежувати струм заряду, на жаль).

    Заряджання за допомогою лабораторного блоку живлення

    Якщо у вашому розпорядженні є блок живлення із захистом (обмеженням) по струму, то ви врятовані! Таке джерело живлення є повноцінним зарядним пристроєм, що реалізує правильний профіль заряду, про який ми писали вище (СС/СV).

    Все, що потрібно зробити для заряджання li-ion - це виставити на блоці живлення 4.2 вольта і встановити бажане обмеження струму. Можна підключати акумулятор.

    Спочатку, коли акумулятор ще розряджений, лабораторний блок живлення працюватиме в режимі захисту струму (тобто стабілізуватиме вихідний струм на заданому рівні). Потім, коли напруга на банку підніметься до 4.2В, блок живлення перейде в режим стабілізації напруги, а струм при цьому почне падати.

    Коли струм впаде до 0.05-0.1С, акумулятор можна вважати повністю зарядженим.

    Як бачите, лабораторний БП – практично ідеальний зарядний пристрій! Єдине, що він не вміє робити автоматично, це приймати рішення про повну зарядку акумулятора та відключатися. Але це дрібниця, яку навіть не варто звертати уваги.

    Як заряджати літієві батареї?

    І якщо ми говоримо про одноразову батарейку, не призначену для перезарядки, то правильна (і єдино правильна) відповідь на це питання - НІЯК.

    Справа в тому, що будь-яка літієва батарейка (наприклад, поширена CR2032 у вигляді плоскої таблетки) характеризується наявністю внутрішнього шару, що пасивує, яким покритий літієвий анод. Цей шар запобігає хімічній реакції анода з електролітом. А подача стороннього струму руйнує вищезгаданий захисний шар, приводячи до псування елемента живлення.

    До речі, якщо говорити про батарею CR2032, що незаряджається, тобто дуже схожа на неї LIR2032 - це вже повноцінний акумулятор. Її можна і потрібно заряджати. Тільки в неї напруга не 3, а 3.6В.

    Про те ж, як заряджати літієві акумулятори (чи то акумулятор телефону, 18650 або будь-який інший li-ion акумулятор) йшлося на початку статті.

    85 коп/шт. Придбати MCP73812 65 руб/шт. Придбати NCP1835 83 руб/шт. Придбати *Всі мікросхеми з безкоштовною доставкою

    Плата призначена для захисту від короткого замикання, перезаряджання та перерозряджання літієвої батареї. Використовувати передбачається при максимальному струмі 3 А, тому був взятий варіант на 4 А, є ще майже такі ж, але на 2 А (суфікс B замість A) трохи дешевше.

    У назві явно позначено типорозмір акумулятора, але плата так само підійде для більшості літієвих акумуляторів з діаметром 18 мм, наприклад 18350, 18490, 18500. А якщо не використовувати можливість встановлення на батарею, то підійде для будь-якого типорозміру, головне, щоб .

    Тестування

    Параметри від продавця:

    • Максимальна напруга батареї: 4,275 В
    • Мінімальна напруга батареї: 2,5 В
    • Вихідний струм: 4 А

    У продавця жодної іншої інформації немає, тож я вирішив сам протестувати можливості плати. Тестував за допомогою двох варіантів джерела – та акумулятор. Перший був потрібен для перевірки спрацьовування захисту за напругою, другий - струмом.

    Дійсно, при досягненні 2,5 або трохи нижче плата відрубує вхід, на виході виходить нуль, банку далі не розряджається. Щоб схема знову почала пропускати струм, вхідна напруга повинна бути піднята до 3 В. Такий гістерезис виключає зайві перемикання при зміні стану.

    Захист від перезаряду перевірити повністю не зміг, але він здається робочим. Якщо заряджати простим джерелом напруги через резистор. Для перевірки заряду ближче до кінця плата відключає вихід і, якщо напруга на банку ще мало, включає зарядку далі. Частота перевірки – приблизно раз на секунду. Протестував зарядку через кілька своїх зарядних пристроїв, скрізь поведінка інша, зарядні пристрої самі контролюють весь процес, і плата їм не заважає.

    При перевищенні максимального струму (заявлено 4 А) плата відключається на виході нульовий струм. Щоб плата знову запрацювала, необхідно зняти навантаження. Замкнув акумулятор із захистом на резистор в 1 Ом, струм на виході пішов трохи більше 2,5 А, напруга, відповідно, така сама. Це єдиний сумнівний момент у цій платі. Виходить, що коли я трохи підвищу навантаження (знижу опір), напруга ще просяде, і плата вирубається за напругою. Акумулятор нормальний, здатний віддавати до 2,8 А точно. Можливо, вплинули дроти та мультиметр. Далі замикаю вихід плати, і вона одразу вирубується. Щоб скинути захист, потрібно вимкнути навантаження.

    Підготовка до збирання

    Схема підключення елементарна, контакти на платі підписані, але фіксація плати на батареї – завдання непросте, в основному через необхідність застосування спеціальних матеріалів. Обов'язково знадобиться щось для прокладки між платою і батареєю, а також плоский провідник, який простягнеться від плюса до мінуса батареї.

    Так як тепер на плюсі ​​батареї буде паяння, необхідно додати на плюс щось більш опукле, щоб навантаження не припадало на місце цього паяння, подібне я вже робив.

    Електричні з'єднання, повторюся, досить прості. Зад плати повністю є контактний майданчик, він же висновок «P-«, його паяти не потрібно. Висновок P+, як і висновок B+, потрібно з'єднати з плюсом батареї. Вони вже з'єднані на платі, тож провід-стрічку можна буде тягнути від будь-якого з них. Ще один провід повинен з'єднувати "B-" з мінусом батареї, він повинен бути коротким і повністю поміщатися в проміжок між платою і батареєю.

    Як довгий провідник від плати до плюсу батареї найкраще використовувати металеву стрічку. Такі стрічки можна навіть купити на Ebay, але мені потрібна всього кілька смужок, є сенс пошукати в межах видимості. Знайшов таку мідну смугу, товщина 0,1 мм, ідеально. Необхідність використання плоского провідника пояснюється бажанням зберегти габаритні розміри акумулятора, часто в пристроях-споживачах немає зайвого зазору.

    Плату треба якось зафіксувати на мінусовому майданчику батареї. Тут потрібний компаунд, герметик, а може вистачить і двостороннього скотчу. Все залежить від того, чи плануєте ви в майбутньому обслуговувати дану схему. Додатковим кріпленням стане трубка, що термоусаджується, тому абсолютна фіксація здається необов'язковою.

    Складання та підсумки

    Вирішив спочатку скуштувати на вбитому акумуляторі. Тож я без ризику перевірю всі дії на помилки.

    Подивимося, наскільки зміниться довжина банки.

    Поки помітно подовження всього на пару міліметрів, але потрібно враховувати, що буде ще пайка на мінусовому контакті (можна заощадити при паянні по краю, але відразу не здогадався, але для того і тест на пробнику), а також прокладання між платою та батареєю, бити чіпи про залізо не хочеться. Її теж можна зробити досить тонкою, але міцною, так як великих напруг тут немає, але фізична сила додаватиметься часто. Поки вирішив поставити шматок старої термоусадки, досить товстої. Тобто зробив усе максимально товсто.

    Беремо стрічку, відрізаємо пару шматків. Довгий шматок піде вздовж усієї батареї, короткий потрібен лише для замикання майданчика на платі з мінусом банки, можна використовувати навіть шматок дроту. Відразу все лудимо та припаюємо одним кінцем до плати.




    Далі потрібно короткий кінець припаяти до банку. Паяти треба з мінімальною кількістюприпою, все зайве подовжуватиме готове складання. Біля прокладки зрізав трохи один із боків, щоб було місце для стрічки. Потрібно з'єднувати так, щоб вигини стрічки не виходили за межі батареї.


    Тепер припаюємо стрічку, що залишилася, до плюсу банки. Тут дуже важливо стежити, щоб ця смужка не торкалася корпусу банки. Додайте під стрічку якийсь ізолятор. Так як це проба на мертвій батареї, я полінувався робити цю ізоляцію (даремно, адже це також тест матеріалів). Ця ізоляція - основа безпеки роботи з батареєю, тому що при замиканні на корпус відбудеться коротке замикання батареї в обхід захисту.

    Далі залишається натягнути трубку і посадити її так, щоб вона з обох кінців трохи загорнулася за край. І ось тут виявилася головна проблема - трубка виявилася надто крихкою. Додатково невдало вийшло так, що згин трубки припав на один із країв стрічки, і це одразу призвело до розриву. Краї плати виявились надто гострими, і вони також порвали трубку.




    З боку плюса все добре. Ця трубка боїться перегріву, можливо, це також вплинуло на результат.

    На жаль, кількість термоусадки у мене обмежена (з останнім замовленням прийшов шлюб). Тож другу спробу я вирішив відкласти. Спочатку не планував використовувати дані плати за прямим призначенням, такий форм-фактор – випадковість. Але дещо під час перевірки вдалося з'ясувати на той випадок, якщо я захочу повторити спробу:

    1. Головне - краще взяти готову банку із захистом, вона буде така сама по конструкції. Навряд чи самому вдасться зробити краще та дешевше.
    2. Термоусадку не перегрівати. Згини тримати подалі від металевої стрічки.
    3. У дроту-стрічки прибрати задирки. Максимально розгладити поверхнею банки. Стрічка має бути добре ізольована від корпусу та зовнішнього середовища.
    4. Паяти контакт до мінусового контакту біля краю, щоб паяння не впиралося в центральну частину плати з чіпами.
    5. Термоусадка досить сильно тримає плату, турбуватися за кріплення плати до батареї не варто. Але якщо є відповідний компаунд, слід скористатися ним.
    6. Бажано затупити краї плати, наприклад пустивши по периметру шар ізольенти або тієї ж термоусадки.
    7. Як не намагайся, а 3-5 мм до батареї все одно додасться.

    Плати можна використовувати як захист для саморобок або готових пристроїв. Також можна вбудувати таку плату не в акумулятор, а в утримувач акумулятора. Такі готові конструкції є на ринку.

    Навряд чи ще буду пробувати робити захищений акумулятор самостійно, занадто кострубато у мене виходить. Залишуся з початковою ідеєю використання у складі пристроїв-споживачів, а не батареї.

    Так і не зрозумів, що за третій чіп встановлений на плату, маркування 10DB або 100B, другий рядок G62S. Якщо хтось знає, натякніть у коментарях. Інші два чіпи - складання польових транзисторів, по два на кожну.

    Головний підсумок тут для мене такий. Захищені акумулятори-банки мають суттєвий конструктивний недолік у вигляді провідної стрічки вздовж усього корпусу. Її пошкодження або, що ймовірніше через її гострі краї, пошкодження ізоляції під/над нею може призвести до контакту стрічки з корпусом, тобто короткого замикання акумулятора в обхід захисту. Відповідно, навряд чи використання захищених циліндричних акумуляторів, особливо саморобних, безпечніше для всіх застосувань.

    Техніка безпеки

    Але якщо такого обладнання немає, можна обійтися паяльником. Щоб зменшити час нагрівання при лудженні, використовуйте активний флюс, обов'язково потім очистіть батарею. Маломощним паяльником з тонким жалом буде дуже складно лудити батарею, використовуйте відповідний інструмент. Розраховуйте на 1-2 секунди безперервного контакту паяльника з батареєю. Якщо не виходить так швидко, дайте батареї охолонути та скоригуйте набір інструментів та/або техніку.

    Я паяв все паяльником, не звертаючи уваги на невеликий перегрів, оскільки тестова батарея все одно вбита.

    Доповнення від 3 липня 2017 р.

    Часто бачу поради, що потрібно обов'язково кріпити контактним зварюванням, начебто при паянні йде перегрів. Контактне зварювання теж гріє місце контакту, причому до більшої температури (температура плавлення міді близько 1350 ° C на відміну від максимум 300 ° C припою). Але при контактному зварюванні гріється менший обсяг металу. Не впевнений, який спосіб тут безпечніший, але впевнений, що обидва цілком застосовні.

    Цей міф вже побороли, але тепер вже також часто в порадах з паяння бачу поради щодо вибору дуже потужних паяльників. Теж нісенітниця. Час паяння тут стрімко, і єдине значення має те, скільки енергії накопичує жало, і як швидко його може віддати. Достатньо просто товстого жала з плоским заточенням, навіть 25-ватний паяльник з 5-мм жалом цілком впорається із завданням.

    Насправді набагато більшою проблемою є механічна міцність паяної сполуки. Якщо не використовувати спеціальних хитрощів (описував), то стрічку від банки можна дуже легко відірвати.