Схема зарядки литий ионных аккумуляторов. Зарядное устройство для литиевых аккумуляторов

Зарядное устройство для литиевых аккумуляторов

Содержание

Зарядное устройство для литиевых аккумов по собственному строению и принципу работы очень схоже с ЗУ для свинцово-кислотных. Любая банка литиевых АКБ имеет наиболее высочайшее значение напряжения. Не считая того, они наиболее чувствительные к перенапряжению и перезаряду.

Литий-ионный батарея 18650

Банка – это один живительный элемент. Получил он свое заглавие от схожести с жестяными банками для напитков. Для литиевых частей более всераспространенным вариантом является 18650. Это число просто расшифровывается. В миллиметрах указана толщина – 18 и высота – 65.

Если остальные виды аккумов разрешают иметь больший разбег в подаваемом напряжении при зарядке, то для литиевых этот показатель должен быть намного поточнее. Во время заслуги на аккуме напряжения в 4.2 вольта зарядка обязана останавливаться, перенапряжение для их небезопасно. Допускается отклонение от нормы в 0.05 вольта.

Среднее время заряда для литиевых батарей – 3 часа. Это усреднённый показатель, все же каждый отдельный батарея имеет свое значение. От свойства зарядки литиевых АКБ зависит срок их службы.

Условия долгого хранения

Совет. Хранить литий-ионные батареи нужно верно. Ежели устройство длительное время не будет употребляться, то батарею лучше из него вынуть.

Если бросить хранится вполне заряженный аккумуляторный элемент, то он может навсегда потерять часть собственной ёмкости. Ежели бросить хранится разряженную батарею, она может больше не восстановиться. Означает, даже попытавшись ее реанимировать, можно потерпеть фиаско. Потому лучший рекомендуемый заряд для хранения литиевых банок – 30-50%.

Использование уникальных зарядных устройств

Некоторые производители указывают, что внедрение неродных зарядных устройств для li ion аккумов может привести к потере гарантии на устройство. Все дело в том, что нехорошее зарядное может убить аккумуляторный элемент. Литиевые батареи могут портиться из-за неверного напряжения либо неправильного затухания в конце зарядки. Потому внедрение необычного зарядного устройства – это постоянно наилучший выбор.

Опасность перезаряда и полного разряда

Исходя из устройства литиевых батарей, не рекомендуется допускать их полной разрядки либо перезарядки.

К примеру, никель-кадмиевые батареи имеют эффект памяти. Это означает, что неверный режим зарядки приводит к потере ёмкости. Неверным считается режим, когда подзаряжается батарея, которая не на сто процентов разрядилась. Ежели начать заряжать ее в не на сто процентов разряженном состоянии, она может терять свою ёмкость. Зарядные устройства для таковых батарей производятся со особыми режимами работы, которые поначалу разряжают батарею до подходящего уровня, позже начинают ее подзаряжать.

Литиевые батареи не требуют такового хлопотного обслуживания. Эффекта памяти у их нет, но они боятся полной разрядки. Потому их лучше зарядить, когда возникает возможность, не дожидаясь полного разряда. Но и перезаряд для их неприемлем. Потому хорошим будет не допускать разряда ниже 15 % и заряда наиболее 90%. Так можно прирастить срок службы батареи.

Это касается лишь батарей без защиты. Ежели у аккумов есть защита, реализованная на отдельной плате, то она отсекает заряд сверх меры, ежели разряд добивается малого уровня, то отключает устройство. Традиционно это характеристики наиболее 4,2 Вольта и 2.7 Вольта, соответственно.

Отношение к перепадам температур

Рабочий спектр температур для литиевых батарей невелик – от +5 до +25 градусов по Цельсию. Мощные перепады температур нежелательны для их работы.

Самодельный зарядник для литий-ионных аккумуляторов

При перезаряде температура аккума может повышаться, что нехорошо сказывается на его работе. Низкая температура также действует негативно. Подмечено, что на морозе батареи скорее теряют собственный заряд и садятся, хотя в тепле устройство указывает полную зарядку.

Особенности литиевых батарей

Li-ion АКБ являются чрезвычайно неприхотливыми в эксплуатации. При бережном обращении они прослужат около 3-4 лет. Но стоит ориентироваться на то, что даже ежели батареи не употребляются, они медлительно погибают. Потому запасаться аккумами к устройству впрок не совершенно резонно. 2 года – это обычное время от момента производства. Ежели прошло больше, то это могут быть уже вышедшие из строя батареи.

Интересно. Самый всераспространенный размер банки 18650 в среднем имеет ёмкость в 3500 мАч. Обычная стоимость для таковой батареи – 3-4 бакса. Потому производители, обещающие за 3 бакса Power bank объемом 10000 мАч, мягко говоря, обманывают. Отлично, ежели там будет хотя бы 3000 мАч.

Как верно заряжать полимерный аккумулятор

Полимерный батарея от ионного различается лишь внутренней смесью наполнителя. Правила зарядки и эксплуатации применимы к обоим видам этих литиевых батарей.

Читайте также  Как установить новый андроид на смартфон. Как установить Android — Пошаговая инструкция

Как сделать зарядное устройство для литиевого аккума своими руками

Схема самодельной зарядки для литиевых аккумуляторов

Рассмотрим одну из самых обычных схем зарядного устройства для литий-ионных аккумов. Самодельная схема зарядки реализована на микросхеме, которая выступает как стабилитрон и контроллер заряда, и транзисторе. База транзистора соединяется с управляющим электродом микросхемы. Литиевые батареи не обожают перенапряжения, потому на выходе непременно необходимо выставить рекомендуемое напряжение в 4.2 В. Достичь этого можно с помощью регулировки микросхемы сопротивлениями R3 R4, которые имеют значения 3кОм и 2.2 кОм, соответственно. Подключаются они к первой ножке микросхемы. Регулировка задаётся единожды, и напряжение остаётся постоянным.

Чтобы можно было подстроить напряжение на выходе на месте резистора R, устанавливают потенциометр. Создавать подстройку необходимо без перегрузки, то есть без самого аккума. С его помощью можно точно подстроить напряжение на выходе, равное 4,2 В. Позже заместо потенциометра можно поставить резистор приобретенного номинала.

Резистор R4 употребляется, чтоб открывать базу транзистора. Номинал этого сопротивления – 0,22 кОм. Когда батарея будет заряжаться, его напряжение будет расти. От этого электрод управления на транзисторе будет увеличивать сопротивление эмиттер-коллектора. Это, в свою очередь, будет понижать ток, идущий на аккумулятор.

Ещё необходимо отрегулировать ток зарядки. Для этого употребляют сопротивления R1. Без этого резистора не зажгется светодиод, он отвечает за индикацию процесса зарядки. В зависимости от нужного тока, подбирают резистор номиналом от 3 до 8 Ом.

Как выбрать аккумулятор

Отдельное внимание необходимо уделить производителям аккумов. Есть зарекомендовавшие себя бренды и какие-то неизвестные аналоги. Время от времени недобросовестные производители могут продавать продукт, который ниже заявленных черт в 3 раза и более.

Обратите внимание! К брендам, получившим популярность, можно отнести Panasonic, Sony, Sanyo, Samsung.

Покупка литиевых аккумов не обязана вызвать огромных заморочек. Приобрести их можно в местных магазинах электроники, в интернет-магазинах либо заказать впрямую из Китая. Не стоит гнаться за дешевизной. Неплохой батарея не может стоить чрезвычайно дёшево. Некие производители ставят высококачественные банки, но нехорошие платы, отвечающие за питание. Это неминуемо приведет к смерти батареи.

Видео

10 обычных схем зарядок литий-ионных аккумов и как верно заряжать

Оценка черт того либо другого зарядного устройства затруднительна без осознания того, как фактически должен протекать образцовый заряд li-ion аккума. Потому до этого чем перейти конкретно к схемам, давайте мало вспомним теорию.

Какими бывают литиевые аккумуляторы

В зависимости от того, из какого материала сделан положительный электрод литиевого аккума, существует их несколько разновидностей:

  • с катодом из кобальтата лития;
  • с катодом на базе литированного фосфата железа;
  • на базе никель-кобальт-алюминия;
  • на базе никель-кобальт-марганца.

У всех этих аккумов имеются свои индивидуальности, но так как для широкого потребителя эти аспекты не имеют принципиального значения, в данной статье они рассматриваться не будут.

Также все li-ion батареи создают в разных типоразмерах и форм-факторах. Они могут быть как в корпусном выполнении (например, популярные сейчас 18650) так и в ламинированном либо призматическом выполнении (гель-полимерные аккумуляторы). Крайние представляют собой герметично запаянные пакеты из особенной пленки, в которых находятся электроды и электродная масса.

Наиболее всераспространенные типоразмеры li-ion аккумов приведены в таблице ниже (все они имеют номинальное напряжение 3.7 вольта):

Обозначение Типоразмер Схожий типоразмер
XXYY0,
где XX – указание поперечника в мм,
YY – значение длины в мм,
– отражает выполнение в виде цилиндра
10180 2/5 AAA
10220 1/2 AAA (Ø соответствует ААА, но на половину длины)
10280
10430 ААА
10440 ААА
14250 1/2 AA
14270 Ø АА, длина CR2
14430 Ø 14 мм (как у АА), но длина меньше
14500 АА
14670
15266, 15270 CR2
16340 CR123
17500 150S/300S
17670 2xCR123 (или 168S/600S)
18350
18490
18500 2xCR123 (или 150A/300P)
18650 2xCR123 (или 168A/600P)
18700
22650
25500
26500 С
26650
32650
33600 D
42120

Внутренние химические процессы протекают идиентично и не зависят от форм-фактора и выполнения АКБ, потому все, произнесенное ниже, в равной степени относится ко всем литиевым аккумуляторам.

Как верно заряжать литий-ионные аккумуляторы

Наиболее правильным методом заряда литиевых аккумов является заряд в два шага. Конкретно этот метод употребляет компания Sony во всех собственных зарядниках. Невзирая на наиболее непростой контроллер заряда, это обеспечивает наиболее полный заряд li-ion аккумов, не снижая срока их службы.

Здесь речь идет о двухэтапном профиле заряда литиевых аккумов, сокращенно называемым CC/CV (constant current, constant voltage). Есть еще варианты с ипульсным и ступенчатым токами, но в данной статье они не рассматриваются. Подробнее про зарядку импульсным током можно прочесть тут.

Итак, разглядим оба шага заряда подробнее.

1. На первом этапе должен обеспечиваться неизменный ток заряда. Величина тока составляет 0.2-0.5С. Для ускоренного заряда допускается повышение тока до 0.5-1.0С (где С – это емкость аккумулятора).

Например, для аккума емкостью 3000 мА/ч, номинальный ток заряда на первом шаге равен 600-1500 мА, а ток ускоренного заряда может лежать в пределах 1.5-3А.

Читайте также  Программы для работы с дисками hdd. Обслуживание накопителей

Для обеспечения неизменного зарядного тока данной величины, схема зарядного устройства (ЗУ) обязана уметь подымать напряжение на клеммах аккума. По сущности, на первом шаге ЗУ работает как классический стабилизатор тока.

Важно: ежели планируется заряд аккумов со интегрированной платой защиты (PCB), то при конструировании схемы ЗУ нужно убедиться, что напряжение холостого хода схемы никогда не сумеет превысить 6-7 вольт. В неприятном случае плата защиты может выйти из строя.

В момент, когда напряжение на аккуме поднимется до значения 4.2 вольта, батарея наберет приблизительно 70-80% собственной емкости (конкретное значение емкости будет зависит от тока заряда: при ускоренном заряде будет чуток меньше, при номинальном – чуток больше). Этот момент является окончанием первого шага заряда и служит сигналом для перехода ко второму (и последнему) этапу.

2. Второй шаг заряда – это заряд аккума неизменным напряжением, но равномерно снижающимся (падающим) током.

На этом шаге ЗУ поддерживает на аккуме напряжение 4.15-4.25 вольта и контролирует значение тока.

По мере набора емкости, зарядный ток будет понижаться. Как лишь его значение уменьшится до 0.05-0.01С, процесс заряда считается оконченным.

Важным аспектом работы правильного зарядного устройства является его полное отключение от аккума опосля окончания зарядки. Это соединено с тем, что для литиевых аккумов является очень ненужным их долгое нахождение под завышенным напряжением, которое традиционно обеспечивает ЗУ (т.е. 4.18-4.24 вольта). Это приводит к ускоренной деградации хим состава аккума и, как следствие понижению его емкости. Под долгим нахождением предполагается 10-ки часов и более.

За время второго шага заряда, батарея успевает набрать еще приблизительно 0.1-0.15 собственной емкости. Общий заряд аккума таковым образом добивается 90-95%, что является хорошим показателем.

Мы разглядели два главных шага заряда. Но, освещение вопросца зарядки литиевых аккумов было бы неполным, ежели бы не был упомянут еще один шаг заряда – т.н. предзаряд.

Предварительный шаг заряда (предзаряд) – этот шаг употребляется лишь для глубоко разряженных аккумов (ниже 2.5 В) для вывода их на обычный эксплуатационный режим.

На этом шаге заряд обеспечивается неизменным током пониженной величины до тех пор, пока напряжение на аккуме не достигнет значения 2.8 В.

Предварительный шаг нужен для предотвращения вспучивания и разгерметизации (или даже взрыва с возгоранием) покоробленных аккумов, имеющих, к примеру, внутреннее короткое замыкание меж электродами. Ежели через таковой батарея сходу пропустить большой ток заряда, это неминуемо приведет к его разогреву, а далее как повезет.

Еще одна полезность предзаряда – это подготовительный прогрев аккума, что актуально при заряде при низких температурах окружающей среды (в неотапливаемом помещении в прохладное время года).

Интеллектуальная зарядка обязана уметь контролировать напряжение на аккуме во время подготовительного шага заряда и, в случае, ежели напряжение длительное время не поднимается, делать вывод о неисправности аккумулятора.

Все этапы заряда литий-ионного аккума (включая шаг предзаряда) схематично изображены на этом графике:

Превышение номинального зарядного напряжения на 0,15В может уменьшить срок службы аккума в два раза. Снижение напряжения заряда на 0,1 вольт уменьшает емкость заряженной батареи приблизительно на 10%, но существенно продляет срок ее службы. Напряжение вполне заряженного аккума опосля извлечения его из зарядного устройства составляет 4.1-4.15 вольта.

Резюмирую вышеупомянутое, обозначим главные тезисы:

1. Каким током заряжать li-ion батарея (например, 18650 либо хоть какой другой)?

Ток будет зависеть от того, как быстро вы желали бы его зарядить и может лежать в пределах от 0.2С до 1С.

Например, для аккума типоразмера 18650 емкостью 3400 мА/ч, малый ток заряда составляет 680 мА, а наибольший – 3400 мА.

2. Сколько времени необходимо заряжать, к примеру, те же аккумуляторные батарейки 18650?

Время заряда впрямую зависит от тока заряда и рассчитывается по формуле:

T = С / Iзар.

Например, время заряда нашего аккума емкостью 3400 мА/ч током в 1А составит около 3.5 часов.

3. Как верно зарядить литий-полимерный аккумулятор?

Любые литиевые батареи заряжаются идиентично. Не принципиально, литий-полимерный он либо литий-ионный. Для нас, потребителей, никакой различия нет.

Что такое плата защиты?

Схемы защиты литиевых аккумов от переразряда рассматривались в данной статье.

Плата защиты (или PCB – power control board) предназначена для защиты от недлинного замыкания, перезаряда и переразряда литиевой батареи. Как правило в модули защиты также встроена и защита от перегрева.

В целях соблюдения техники сохранности запрещено внедрение литиевых аккумов в бытовых устройствах, ежели в их не встроена плата защиты. Потому во всех аккумах от сотовых телефонов постоянно есть PCB-плата. Выходные клеммы АКБ расположены прямо на плате:

В этих платах употребляется шестиногий контроллер заряда на спец микрухе DW01 (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 и пр. аналоги). Задачей этого контроллера является отключение батареи от перегрузки при полном разряде батареи и отключение аккума от зарядки при достижении 4,25В.

Читайте также  Как записать экран компьютера на видео. Как записать видео с экрана компьютера: ТОП-6 программ

Вот, к примеру, схема платы защиты от аккума BP-6M, которыми снабжались старенькые нокиевские телефоны:

Если говорить о 18650, то они могут выпускаться как с платой защиты так и без нее. Модуль защиты размещается в районе минусовой клеммы аккумулятора.

Плата наращивает длину аккума на 2-3 мм.

Аккумуляторы без PCB-модуля традиционно входят в состав батарей, комплектуемых своими схемами защиты.

Любой батарея с защитой просто преобразуется в батарея без защиты, довольно просто распотрошить его.

На нынешний день наибольшая емкость аккума 18650 составляет 3400 мА/ч. Батареи с защитой непременно имеют соответственное обозначение на корпусе ("Protected").

Не стоит путать PCB-плату с PCM-модулем (PCM – power charge module). Ежели 1-ые служат лишь целям защиты аккума, то 2-ые предусмотрены для управления действием заряда – ограничивают ток заряда на данном уровне, контролируют температуру и, вообщем, обеспечивают весь процесс. PCM-плата – это и есть то, что мы называем контроллером заряда.

Надеюсь, сейчас не осталось вопросцев, как зарядить батарея 18650 либо хоть какой иной литиевый? Тогда перебегаем к маленькой подборке готовых схемотехнических решений зарядных устройств (тех самых контроллеров заряда).

Схемы зарядок li-ion аккумуляторов

Все схемы подступают для зарядки хоть какого литиевого аккума, остается лишь определиться с зарядным током и элементной базой.

Для неких схем приводится разводка печатной платы, выполненная в програмке Sprint Layout. Скачать 6-ую версию программы можно по данной ссылке.

LM317

Схема обычного зарядного устройства на базе микросхемы LM317 с индикатором заряда:

Схема простая, вся настройка сводится к установке выходного напряжения 4.2 вольта с помощью подстроечного резистора R8 (без присоединенного аккумулятора!) и установке тока заряда методом подбора резисторов R4, R6. Мощность резистора R1 – не наименее 1 Ватт.

Как лишь погаснет светодиод, процесс заряда можно считать оконченным (зарядный ток до нуля никогда не уменьшится). Не рекомендуется долго держать батарея в данной зарядке опосля того, как он на сто процентов зарядится.

Микросхема lm317 обширно применяется в разных стабилизаторах напряжения и тока (в зависимости от схемы включения). Продается на каждом углу и стоит вообщем копейки (можно взять 10 шт. всего за 55 рублей).

LM317 бывает в различных корпусах:

Назначение выводов (цоколевка):

Аналогами микросхемы LM317 являются: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, КР142ЕН12, КР1157ЕН1 (последние два – российского производства).

Зарядный ток можно прирастить до 3А, ежели заместо LM317 взять LM350. Она, правда, подороже будет – 11 руб/шт.

Печатная плата и схема в сборе приведены ниже:

Старый русский транзистор КТ361 можно заменить на аналогичный p-n-p транзистор (например, КТ3107, КТ3108 либо буржуйские 2N5086, 2SA733, BC308A). Его можно вообщем убрать, ежели индикатор заряда не нужен.

Недостаток схемы: напряжение питания обязано быть в пределах 8-12В. Это соединено с тем, что для обычной работы микросхемы LM317 разница меж напряжением на аккуме и напряжением питания обязана быть не наименее 4.25 Вольт. Таковым образом, от USB-порта запитать не получится.

MAX1555 либо MAX1551

MAX1551/MAX1555 – спец зарядные устройства для Li+ аккумов, способные работать от USB либо от отдельного адаптера питания (например, зарядника от телефона).

Единственное отличие этих микросхем – МАХ1555 выдает сигнал для индикатора процесса заряда, а МАХ1551 – сигнал того, что питание включено. Т.е. 1555 в большинстве случаев все-же лучше, потому 1551 на данный момент уже тяжело отыскать в продаже.

Подробное описание этих микросхем от производителя – datasheet.

Максимальное входное напряжение от DC-адаптера – 7 В, при питании от USB – 6 В. При понижении напряжения питания до 3.52 В, микросхема отключается и заряд прекращается.

Микросхема сама детектирует на каком входе находится напряжение питания и подключается к нему. Ежели питание идет по ЮСБ-шине, то наибольший ток заряда ограничивается 100 мА – это дозволяет втыкать зарядник в USB-порт хоть какого компа, не боясь спалить южный мост.

При питании от отдельного блока питания, типовое значение зарядного тока составляет 280 мА.

В микросхемы встроена защита от перегрева. Но даже в этом случае схема продолжает работать, понижая ток заряда на 17 мА на каждый градус выше 110°C.

Имеется функция подготовительного заряда (см. выше): до тех пор пока напряжение на аккуме находится ниже 3В, микросхема ограничивает ток заряда на уровне 40 мА.

Микросхема имеет 5 выводов. Вот типовая схема включения:

Если есть гарантия, что на выходе вашего адаптера напряжение ни при каких обстоятельствах не сумеет превысить 7 вольт, то можно обойтись без стабилизатора 7805.

Вариант зарядки от USB можно собрать, к примеру, на таковой печатной плате.

Микросхемы не нуждается ни во наружных диодах, ни во наружных транзисторах. Вообщем, естественно, роскошные микрухи! Лишь они мелкие очень, паять неловко.

Оставьте комментарий