Аккумуляторы и батареи

Литиевые аккумуляторы изготавливаются с использованием различных ионных компонентов, с неизменным присутствием иона лития. Другим составляющим может быть сухой ионит с кобальтом, фосфатом железа, комплекс никель-кобальт алюминий и прочие. Подбор активных составов продолжается. В зависимости от гальванической пары меняется мощность аккумуляторов, их напряжение и емкость, но способы сбора в батареи с обвязкой для всех одинаковы.

Условия длительного хранения

Совет. Хранить литий-ионные аккумуляторы необходимо правильно. Если устройство долгое время не будет использоваться, то батарею лучше из него вынуть.

Если оставить хранится полностью заряженный аккумуляторный элемент, то он может навсегда утратить часть своей ёмкости. Если оставить хранится разряженную батарею, она может больше не восстановиться. Значит, даже попытавшись ее реанимировать, можно потерпеть фиаско. Поэтому оптимальный рекомендуемый заряд для хранения литиевых банок – 30-50%.

Выбор микросхемы TP4056

Эта микросхема бывает 2 типов – простой и защищенной. Плата с предусмотренной защитой отслеживает напряжение с применением транзисторного модуля FS8205A на N каналов и фильтра цепи питания DW01A. Получается, что всего в коммутационной плате предусмотрено 3 интегральных схемы, а у незащищенного модуля зарядки она всего одна – TP4056.

Такие модули используются для подзарядки Li-ion элементов током до 1А. На их основе создаются автономные линейные ЗУ. Небольшое количество внешних компонентов превращает микросхему TP4056 в оптимальный выбор зарядного модуля для портативных устройств. Конечное напряжение подзарядки составляет 4,2 В. Ток подзарядки задается при помощи 1 резистора, который соединен с пином PROG. Резистор на 1,2 кОм обеспечивает ток зарядки 1А. Микросхема TP4056 автоматически заканчивает цикл зарядки при уменьшении тока до 1/10 исходной величины.

Статус заряда отображают 2 диода. Чтобы избежать повреждения аккумулятора, подзарядку нужно производить током величиной 0,2–0,7 С, пока Uвых не достигнет 4,2 В. Дальнейшая дозарядка производится при U=const и снижающемся токе – вплоть до 0,1 от его начальной величины.

Как работает готовая схема такого зарядного устройства? Сначала аккумулятор заряжается постоянных током, который определяется сопротивление резистора R5, при стандартном номинале 11 Ом он будет примерно 100 мА. Далее, когда перезаряжаемый источник энергии будет иметь напряжение 4,15-4,2 вольта начнется зарядка постоянным напряжением. Когда же ток зарядки снизится до маленьких значений светодиод D1 перестанет светиться.

Как известно, стандартным напряжение для зарядки Li-ion является 4,2V, данную цифру необходимо установить на выходе схемы без нагрузки, с помощью вольтметра, так аккумулятор будет заряжается полностью. Если же немножко снизить напряжение, где-то на 0,05-0,10 Вольт, то ваш аккумулятор будет заряжаться не до конца, но так он прослужит дольше. Автор статьи ЕГОР.

Шаг 4: Подключаем компоненты

  • См. схему соединения выше и припаяйте все компоненты вместе;
  • Обязательно отметьте полярность на держателях батарей из U-образных зажимов;
  • Подключите клеммы держателя аккумулятора к входным клеммам модуля зарядки TP4056 в соответствии с полярностью;
  • Соедините модули так, чтобы они могли передавать питание от одного стационарного зарядного устройства;
  • Кроме того, устанавливайте соединения между переключателями так, чтобы они могли использоваться для независимого управления мощностью модулей.

Шаг 5: Тестируем зарядное устройство

  • Вставьте батареи в держатели батарей на плате;
  • Подключите зарядное устройство мобильного телефона к одному из модулей и включите питание;
  • Индикатор будет светиться на модуле, чтобы указать зарядку;
  • Используйте переключатели для управления питанием, подаваемом на батареи;
  • Выключите все переключатели, если вы хотите зарядить только одну батарею;
  • Включите переключатели в зависимости от количества зарядки батарей в определенное время;
  • Поскольку каждая батарея имеет отдельное зарядное устройство, поэтому они никогда не столкнутся с проблемой перезарядки и подзарядки (самая распространенная проблема, которая повреждает литий-ионные элементы).

Конструктивные особенности ЗУ

Классическая схема зарядного устройства для литиевого аккумулятора 18650 включает в себя две основные детали:

  • Трансформатор;
  • Выпрямитель.

Используется он для выработки постоянного тока с напряжением 14,4В. Такое значение параметра выбрано не случайно. Оно необходимо для того, чтобы ток смог проходить через разряженный аккумулятор. А так как в это время напряжение батареи составляет около 12В, то зарядить ее устройством, у которого на выходе такое же значение невозможно. Вот поэтому и была выбрана величина в 14,4В.

Есть два варианта соединения аккумуляторов, последовательное и параллельное.

Давайте рассмотрим как это нужно делать. На этом этапе заряд обеспечивается постоянным током пониженной величины до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не достигнет значения 2.

В основном батареи собирают последовательно-параллельно, а сами сборки служат для промежуточного или резервного хранения электроэнергии Известны и повсеместно применяются 3 варианта соединения отдельных аккумуляторов в батарею: последовательное, параллельное и смешанное или комбинированное. Последовательное соединение: При последовательном соединении элементов складываются и величины их внутренних сопротивлений. Тогда она будет выглядеть вот так согласитесь, проще некуда: пара резисторов и один кондер : Один из вариантов печатной платы доступен по этой ссылке.

Балансир включает стабилитрон TLA и транзистор односторонней прямой проводимости BDI 40 Отличные балансиры включены в схему зарядных устройств для литиевых аккумуляторов, которыми широко пользуются. Она будет определять напряжение на каждой ячейке и отключит всю сборку, если какая-то разрядится первой. MCP Микросхема позволяет создавать правильные зарядные устройства, к тому же она дешевле, чем раскрученная MAX

Если разобрать аккумулятор от мобильного телефона, мы обнаружим внутри вот такое нехитрое устройство: Это и есть плата защиты аккумулятора. Данная схема полноценно реализует двухэтапный процесс заряда литиевых аккумуляторов — сначала зарядка постоянным током, затем переход к фазе стабилизации напряжения и плавное снижение тока практически до нуля.

Вряд ли. Как же течёт ток по такой цепи, когда срабатывает защита от переразряда?


Теперь допустим, что мы разряжаем эту же последовательную цепь. И можно подключать аккумулятор. Вручную трудно выставлять и поддерживать на обычном блоке питания указанные выше режимы, поэтому лучше всё-таки использовать специальные микросхемы, предназначенные для автоматизации процесса заряда схемы смотрите в этом разделе.

Параллельное соединение батарей с формулами Параллельное соединение осуществляется путем коммутации однополюсных выводов источников тока: плюсовой и минусовой выводы предыдущего аккумулятора соединяются с одноименными выводами последующего. При равных емкостях объединяемых аккумуляторов, для нахождения емкости батареи достаточно умножить количество составляющих батарею аккумуляторов на емкость одного аккумулятора в сборке. На этом этапе заряд обеспечивается постоянным током пониженной величины до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не достигнет значения 2. Одновременно с этим создаются все предпосылки для перегрева и разгерметизации. Сразу предупредим, что зарядка этого типа аккумуляторов является довольно опасной, если сделать это неправильно.

Подобная схема приведена в следующем варианте. Вот как эта плата установлена в литий-ионный АКБ. Тогда она будет выглядеть вот так согласитесь, проще некуда: пара резисторов и один кондер : Один из вариантов печатной платы доступен по этой ссылке. Аккумулятор разрядился ниже 2,5V. Единственное, что он не умеет делать автоматически, это принимать решение о полной зарядке аккумулятора и отключаться.
Плата защиты LI-ION — КАК ЭТО РАБОТАЕТ?

Читайте также  Кислота для пайки

Схемы плат защиты литиевого аккумулятора

На рынке представлены следующие балансировочные платы фабричного изготовления:

  1. Устройство на базе стабилизатора LM317 обеспечивает подачу на батареи напряжения 4,2 В.
    В конструкции предусмотрены регулировочные сопротивления, в процессе зарядки работает контрольный светодиод красного цвета. Для подключения устройства используется внешний блок питания, коммутация к портам USB не предусмотрена конструкцией.
  2. Китайские производители массово выпускают балансировочные платы на основе стабилизатора ТР4056, которые дополнительно оснащены защитой от переполюсовки аккумуляторов. Устройство предназначено для подключения к портам USB, предусмотрен регулятор параметров зарядки.
    Оборудование контролирует процесс зарядки в автоматическом режиме, при достижении заданной емкости производится плавное снижение силы зарядного тока. В конструкции предусмотрен штекер для установки дополнительного температурного сенсора.
  3. Устройство на основе чипа NCP1835 отличается уменьшенными габаритами и универсальностью, допускается коммутация аккумуляторов с различными параметрами. Балансир обеспечивает зарядку сильно разряженных элементов путем подачи тока малой силы, предусмотрена защита от установки батареек (со звуковой индикацией). В конструкции модуля предусмотрен регулятор времени зарядки.
  4. Узел на базе контроллера зарядки S8254AA, оснащенный дополнительной балансировкой для аккумуляторов 18650. Оборудование поддерживает защиту от переразрядки и перезарядки, имеется контроль над коротким замыканием.
    Платы на основе контроллера S8254AA не оснащаются лампами, отображающими статус зарядки. Поставщики выпускают аналогичный блок без балансира, изделие отличается применением гетинакса красного цвета. Детали с балансиром изготовлены на основе гетинакса темно-синего цвета.

Базовая схема балансира самодельного типа включает в себя стабилитрон TL431A (с повышенной точностью управления) и транзистор BD140 (относится к типу изделий с прямой проводимостью).

В цепь включаются сопротивления, которые допускается заменить диодами 1N4007. При использовании диодов учитывается нагрев элементов при работе, при изготовлении монтажной платы принимают во внимание необходимость охлаждения узлов.

Для регулировки требуется подать постоянное напряжение 5 В на входы устройства. В цепи предусмотрен резистор, изменяя значение сопротивления, необходимо добиться напряжения 4,2 В на колодках, предназначенных для установки литий-ионных аккумуляторов.

Для подачи питания в рабочем режиме используется трансформатор, напряжение равно суммарному значению подключенных аккумуляторов. На каждый элемент подается запас напряжения в пределах 0,15 В. Например, для зарядки 3 элементов требуется подвести напряжение 3*4,2+3*0,15=13,05 В.

Устройство обеспечивает зарядку батарей до момента достижения напряжения 4,2 В. После фиксации параметра включается стабилитрон, который активирует подачу питания через транзистор к балластным резисторам, имеющим сопротивление 4 Ом. В цепи предусматриваются контрольные светодиоды, которые включаются при подаче питания в балластную цепь.

Упрощенный блок на основе стабилитрона TL431A строится с использованием полупроводникового транзистора, удовлетворяющего параметрам зарядки. Поскольку элемент при работе нагревается, то необходимо предусмотреть охлаждение. В основе выбора типа радиатора лежит расчет по мощности.

Например, при напряжении 4,2 В и силе тока 0,5 А расчетная мощность составит 2,1 Вт. При увеличении параметров зарядки мощность возрастает, что вызывает сложности с теплоотводом. В конструкции используется 2 сопротивления, регулирующих пороговое значение напряжения.

После подбора сопротивлений и транзистора изготавливается требуемое количество балансировочных блоков, которые ставятся на аккумуляторы во время зарядки.

Небольшие габариты устройств позволяют закрепить узлы на общей пластине. При монтаже нескольких балансиров требуется обеспечить изоляцию корпусов транзисторов (из-за подачи отрицательного питания от батареи).