Контроллер заряда и балансир li-ion аккумулятора 18650

Контроллер заряда Li-ion аккумулятора своими руками

Контроллер — электронная плата которая по характеристикам поддерживает рабочее напряжение и ток разряда. То есть напряжение контроллера должно отвечать характеристике прибора. Токовая нагрузка подбирается в 2 раза ниже предельной. Значит, для 18650 ток должен быть 12-15 А, для 26650 – 30-40 А.

Под контроллером заряда-разряда понимают схему защиты от слишком глубокого разряда, он же препятствует перезаряду банок выше 4,2 В. Но это только защита. Настоящий контроллер установлен в ЗУ, рассчитан на зарядку в 2 этапа с последующим отключением аккумулятора. Зарядное устройство это не блок питания. Назначение этого инструмента стабилизировать ток на первом этапе процесса, при этом выходное напряжение зависит от тока нагрузки.

В конструкции предусмотрены резисторы для регулирования выходного напряжения, индикации окончания заряда, порога ограничения выходного тока. Микросхема LM2596 выступает в виде контроллера ШИМ, компаратор LM358 поддерживает параметры тока, управляет индикацией. Стабилизатор 78L05 питает компаратор и поддерживает напряжение.

Для того, чтобы отключить аккумулятор именно в момент полного набора заряда, необходимо доработать схему. Такая доработка обусловит отключение зарядки при достижении полного заряда.

Защитная плата MBS отключит аккумулятор при достижении полного заряда. Но она срабатывает с некоторым опозданием. Поэтому батарея может получить небольшой перезаряд, сокращающий срок службы дорогого прибора.

Устройство li-ion аккумулятора 18650

Контроллер зарядки литий-ионного аккумулятора производят корпорации: Sony, LG, Sanyo, Panasonic, Samsung, ATL, HYB. Остальные производители перекупают элементы и выдают за собственный продукт.

Максимальная емкость ионных аккумуляторов 18650 – 3600 мА-ч.; они, в отличие от батарей, могут многократно перезаряжаться. Цифра 18650 – форм-фактор, указывающий на длину аккумулятора (65 мм) и его диаметр (18 мм).

Основные характеристики литий-ионного аккумулятора 18650:

• максимально допустимое напряжение – 4,2 В (небольшие перезарядки губительно сказываются на сроке службы);
• минимально допустимое напряжение – 2,75 В (при понижении до 2 В заряд не подлежит восстановлению);
• минимально допустимая температура –20 °C С (зарядить на морозе невозможно);
• максимально допустимая температура +60 °C С (при превышении показателей возможны взрыв и возгорание);
• измерение емкости в ампер-часах – полная зарядка выдает 1 А тока в течение 60 минут, 2 А тока – 30 минут, 15 А тока – 4 минуты.

Литий-ионный АКБ преобразовывает химическую энергию в электрическую, поэтому возникает ток, приводящий в действие то или иное устройство. Такие батарейки оснащаются специальной защитной схемой, которая контролирует уровень ее нагрева и циклы работы. При перегреве и спаде напряжения до 2,7 В – контроллер автоматически прекращает работу АКБ.

Li-ion батарейки очень взрывоопасны, поэтому в них встроены защитные платы. Глубокий разряд таких батарей наступает через 2–3 года их неиспользования, после чего восстанавливаются они проблематично и не отличаются долгим сроком службы

Почему падает заряд

У всех АКБ есть определённая ёмкость, прописанная в Ач. На легковых авто чаще всего встречаются батареи на 60-80 Ач. То есть при 60 Ач устройство может в течение 60 часов выдавать ток, сила которого составит 1 Ампер. Но это в теории.

На практике всё иначе. Как только происходит запуск мотора, заряд сильно падает. Но он компенсируется за счёт работы генератора. Не все водители ездят много и часто, а потому генератор попросту не успевает восполнить весь заряд. Доказано, что в большинстве случаев авто эксплуатируются с постоянным недозарядом.

Ёмкость может уменьшаться под воздействием разных факторов:

• плохое крепление, механические повреждения;
• проблемы в электрооборудовании;
• нарушение целостности электропроводки;
• процессы сульфатации;
• езда по городу короткими поездками;
• низкая температура окружающей среды и пр.

Поскольку большинство водителей ездят именно в таких условиях, периодически проверять состояние и заряд АКБ нужно обязательно.

Разновидности аккумуляторов

Чтобы разобраться, как сделать зарядное устройство для шуруповерта, в первую очередь необходимо изучить разновидности аккумуляторов и их режимы заряда. Существует 3 вида батареек:

Никель-кадмиевые

Данный вид именуется как Ni-Cd, он считается хорошим источником напряжения, который способен отдавать большую мощность. Единственным недостатком является то, что такие аккумуляторы попали в список запрещенных изделий по экологическим нюансам, поэтому в продаже такая разновидность теперь будет встречаться намного реже.

Никель-кадмиевые батареи обладают энергоемкостью от 1200 до 1500 мА/ч. Общая мощность обеспечивается и поддерживается количеством банок внутри

Максимальное напряжение ячейки составляет 1,2 В. Аккумулятор заряжается электротоком 0,1-1 номинальной емкости. Получается, что батарею с ёмкостью в 5 А*ч разрешается подзаряжать током 0,5-5 А.

ВИДЕО: 5 правил зарядки никель-кадмиевых аккумуляторов

Сернокислотные аккумуляторы для шуруповерта

Другое название — Pb с кислотным гелевым наполнением. Они обладают средними характеристиками и низкой стоимостью. Минус – аккумуляторы имеют большую массу, за счет чего утяжеляют аппарат. Основное преимущество заключается в возможности использования в любом положении, при этом из емкости не вытекает электролит.

Главная их особенность — это высокое напряжение и сопротивление, благодаря чему даже к концу цикла «заряд-разряд» не наблюдается резкого падения напряжения

Максимальный уровень напряжения ячейки составляет 2 В, при этом ток зарядки батареи всегда соответствует показателю 0,1 С.

Литий-ионные батареи для шуруповерта

Наиболее распространенный вид благодаря полной герметичности емкости. Данный вариант отличается повышенной удельной мощностью, безопасностью, экологичностью, незначительной массой и простотой в утилизации.

Литий-ионный аккумулятор для шуруповёрта Li-ion 18650 Samsung 12.6V (Вольт) 2400mAh

Литий-ионная ячейка обладает максимальной мощностью в 3,3 Вольта. Напряжение разрешается плавно увеличивать при комнатной температуре с 0,1 до 1 С. Таким образом ускоряется процесс зарядки. Но данный метод подходит только для тех аккумуляторов, которые не переразряжались.

Здесь важно помнить, что заряд шуруповерта происходит до 4,2 Вольта, его превышение повлияет на уменьшение эксплуатационного срока, снижение – сократит емкость. Очень важно при подзарядке отслеживать температуру

При разработке схемы зарядного устройства для шуруповерта своими руками очень важно учитывать, какой именно аккумулятор планируется заряжать. А также нужно дополнительно просчитывать его напряжение – 12 Вольт или 18 Вольт. При работе зарядника для шуруповерта необходимо отслеживать процесс при помощи мультиметра или системой с компаратором напряжения, которая прошла предварительную настройку под определенный тип батареи

При работе зарядника для шуруповерта необходимо отслеживать процесс при помощи мультиметра или системой с компаратором напряжения, которая прошла предварительную настройку под определенный тип батареи.

ВИДЕО: Правила выбора аккумулятора для шуруповерта

Как убрать защитную плату?

Чтобы снять плату с защищенной Li-ion ячейки, нужно вначале освободить ее от наружной оболочки, стараясь не задеть находящуюся под ней пластину. Под снятой этикеткой виден проводник, идущий от «+» контакта к защитной плате. Остается отделить от ячейки плату, которая присоединена точечной сваркой, обрезать выступающую часть внутренней оболочки и обернуть аккумулятор новой наружной пленкой.

При удалении плоского проводника важно не замкнуть полюса элемента питания, иначе произойдет короткое замыкание. Оно сопровождается токами в десятки ампер, стремительным нагревом и риском возгорания аккумулятора

При желании, можно установить на незащищенный элемент новую плату защиты. Размеры защищенных ячеек чуть больше, чем у незащищенных – на 3–5 мм по высоте и на 0,5 мм в диаметре.

Для чего нужна BMS (основное назначение)

Зарядное устройство для литиевых аккумуляторов

• Защита составляющих электронакопителя от повреждений.
• Продления срока службы АКБ.
• Поддержание агрегата в таких кондициях, при которых он в максимальной степени будет выполнять все поставленные перед ним задачи.

Вообще, понятие BMS — весьма широкое, поэтому оно распространяется практически на всё оборудование, обеспечивающее корректное функционирование АКБ. Это могут быть как простенькие платы защиты либо балансировки, так и более сложные микроконтроллерные приспособления.

То, что сейчас предлагают разработчики, можно условно выделить в 4 категории:

1. Балансиры.
2. Защитные устройства (по току и напряжению).
3. Платы, обеспечивающие подзарядку — они так же относятся к BMS-устройствам.
4. Сочетания приведённых вариантов (система может включать в себя даже все варианты сразу).

Немного о литий-ионных батареях

Особенности АКБ типа 18650:

1. Длительный срок службы. Источник питания способен выдерживать до 600 циклов разряда и заряда. Литиевые батареи обладают увеличенным сроком эксплуатации, они могут длительно сохранять емкость.
2. Компактные размеры. Высота элемента составляет 65 мм, диаметр – 18 мм. Эти числа легли в основу названия аккумулятора. При небольших размерах батарея имеет широкие возможности.
3. Наличие контроллера. Большая часть аккумуляторов старого образца отличается высокой взрывоопасностью. В корпусе батареи протекают химические реакции, скорость которых при перегреве многократно увеличивается. Возникало и механическое замыкание нескольких содержащих электролит емкостей, приводившее к возгоранию. Контроллер, встраиваемый в современные источники питания, препятствует сильному перегреву и взрыву. Это же от перезаряда.
4. Невозможность длительного хранения. Долго находившиеся в нерабочем состоянии батарейки быстро утрачивают емкость. Заряжать li-ion аккумулятор нужно регулярно. При этом соблюдают ряд правил, препятствующих выходу изделия из строя. Нужно правильно рассчитывать ток заряда и ограничивать напряжение. Нарушение правил приводит к снижению срока службы.

Принцип работы BMS-контроллеров

Что являет собой балансировка?

Получилась приличная такая щель: Теперь остается спаять все в кучу.

По выше описанному принципу начинает работать балансир.

BMS защищает батарею, предотвращая её выход за пределы безопасной работы. Правда, здесь требуется повышенная точность измерений, да и сам шунт имеет большие габариты.

Статья по теме: Пуэ глубина заложения кабеля

Метки: переделка аккумулятора шуруповерта на литий

В обзоре будет тестирование, а также несколько вариантов переделки шуруповерта под литий на основе этих плат или подобных

Теперь в случае перезаряда и перерязряда что для лития важно плата просто отключит нагрузку и аккумулятор останется рабочим. Ну да ладно, у меня есть отличная толстая нихромовая проволока, сейчас я напаяю ее кусок поверх резисторов-шунтов стоят два по 0. BMS может предотвратить опасный для аккумуляторной батареи процесс путем непосредственного влияния на неё или же подачи соответствующего сигнала о невозможности последующего использования аккумулятора к управляющему устройству контроллеру

BMS может предотвратить опасный для аккумуляторной батареи процесс путем непосредственного влияния на неё или же подачи соответствующего сигнала о невозможности последующего использования аккумулятора к управляющему устройству контроллеру.

Как все это хозяйство соединить: Ну и пару слов о соединении. Ячейки с наименьшим уровнем заряда станут своеобразным «cлабым местом» аккумулятора: они будут быстро поддаваться разряду, в то время, когда аккумуляторные элементы большей емкости будут проходить только частичный разрядный цикл. Но проверять двигатель не стал и заменил его на двигатель 14,4В Старый и новый двигатель!

Научно-популярный журнал

Не новые изделия стоит протестировать на емкость. Правда, здесь требуется повышенная точность измерений, да и сам шунт имеет большие габариты. Отверстия в пластике под эти гайки оставляются чуть меньше на 0.

Для этого используются специальные балансиры. Разновидности балансиров — активные и пассивные В общей сложности, активные и пассивные балансиры отличаются между собой в зависимости от принципа работы. Если бы у меня был шурик на NiCd банках, для переделки я бы выбрал красную платку, :- … Киса: Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор BMS контроллера заряда литий-ионных аккумуляторов 18650 3.7В.

Какие бывают типы

Следует отметить значительное разнообразие, которым могут похвастаться контроллеры заряда аккумулятора. Если говорить о их видах, давайте сделаем классификацию в зависимости от сферы применения:

1. Для возобновляемых источников энергии.
2. Для бытовой техники.
3. Для мобильных устройств.

Конечно, самих видов значительно больше. Но поскольку мы рассматриваем контроллер заряда аккумулятора с общей точки зрения, то нам хватит и их. Если говорить про те, что применяются для солнечных батарей и ветряков, то в них верхний предел напряжения обычно равняется 15 вольтам, тогда как нижний – 12 В. При этом аккумулятор может генерировать в стандартном режиме 12 В. Источник энергии подключают к нему с использованием нормально замкнутых контактов реле. Что будет, когда напряжение аккумулятора превышает установленные 15 В? В таких случаях контроллером осуществляется замыкание контактов реле. В результате источник электроэнергии с аккумулятора переключается на нагрузочный балласт. Следует отметить, что его не особенно любят ставить для солнечных панелей из-за определённых побочных эффектов. А вот для ветряных генераторов они являются обязательными. Бытовая техника и мобильные устройства имеют свои особенности. Причем контроллер заряда аккумулятора планшета, сенсорного и кнопочного сотового телефонов являются практически идентичными.

Упрощённая схема балансира для АКБ

Вот упрощённая схема балансира тока на базе TL431. Резисторы R1 и R2 устанавливают напряжение 4,20 Вольт, или можно выбрать другие, в зависимости от типа батареи. Эталонное напряжение для регулятора снимается с транзистора, и уже на границе 4,20 В система начнет приоткрывать транзистор, чтобы не допустить превышения заданного напряжения. Минимальное увеличение напряжения вызовет очень быстрый рост тока транзистора. Во время тестов, уже при 4,22 В (превышение на 20 мВ), ток составил более 1 А.

Сюда подходит в принципе любой транзистор PNP, работающий в диапазоне напряжений и токов, которые нас интересуют. Если батареи должны быть заряжены током 500 мА. Расчет его мощности прост: 4,20 В х 0,5 А = 2,1 В, и столько должен потерять транзистор, что вероятно, потребует небольшого охлаждения. Для зарядного тока 1 А или больше мощность потерь, соответственно, растет, и все труднее будет избавиться от тепла. Во время теста были проверены несколько разных транзисторов, в частности BD244C, 2N6491 и A1535A — все они ведут себя одинаково.

Делитель напряжения R1 и R2 следует подобрать так, чтобы получить нужное напряжение ограничения. Для удобства вот несколько значений после применения которых, мы получим следующие результаты:

• R1 + R2 = Vo
• 22K + 33K = 4,166 В
• 15К + 22K = 4,204 В
• 47K + 68K = 4,227 В
• 27K + 39K = 4,230 В
• 39K + 56K = 4,241 В
• 33K + 47K = 4,255 В

Предыдущий опыт

До этого момента я использовал контроллеры LT4054, и честно говоря, был им доволен:

• Он позволял заряжать компактные Li-Pol аккумуляторы ёмкостью до 3000мАч

• Был ультрокомпактен: sot23-5

• Имел индикатор зарядки аккумулятора

• Имеет кучу защит, что делает из него практически не убиваемый чип

Рисунок 2. Плата с контроллером заряда Li-Ion на LTC4054

Дополнительным плюсом является то, что перед тем как я на нём начал что-то делать, я купил их 50 штук, по очень скромной цене.

Недостатки я выявил в работе, и они меня, честно говоря, поставили в частичный ступор:

• Максимальный заявленный ток 1А, думал я. Но уже при 300мА в процессе зарядки чип прогревается до 110*С даже при наличии больших полигонов-радиаторов и радиатора прикреплённого к пластиковой поверхности чипа.

• Во время включения тепловой защиты, там видимо срабатывает компаратор, который быстро сбрасывает ток. В результате этого микросхема превращается в генератор, который убивает батарейку. Таким образом я убил 2 аккумулятора, пока не понял в чём дело с осциллографом.

• В виду вышеперечисленного я получил проблему с временем заряда устройства порядка 10 часов. Конечно, это сильно не устраивало меня и потребителей моей электроники, но что поделать: все хотели увеличить ресурс работы при тех-же параметрах устройства, а они у меня порой потребляют много.

В связи с этим я начал искать контроллер, который был бы с куда лучшими параметрами и возможностями теплоотвода и мой выбор остановился пока на MCP73833 в основном из-за того, что данные контроллеры были у моего друга в наличии, и я свистнув пару штук быстро(быстрее его) запаял прототип и провёл нужные мне испытания.

Топ 5 зарядных устройств для литиевых аккумуляторов

Ну а для тех, кто не считает нужным или возможным собирать зарядку для Li-ion своими руками, мы приводим наиболее популярные приборы для зарядки цилиндрических аккумуляторов 18650.

Наиболее популярные ЗУ для литийионных элементов:

Можно ли заряжать литиевый аккумулятор обычной зарядкой

Две разных системы аккумуляторов – литиевые и свинцовые требуют разного подхода к восстановлению емкости. Свинцовый АКБ не настолько требовательны к параметрам зарядки, как литиевые. Да и критерии заряда другие.

Для зарядки на первом этапе Li-ion, Li-pol требуется постоянный ток, на втором этапе постоянное напряжение. Если не контролировать параметры на первом этапе, возможен перезаряд. Но если в батарее есть встроенная защита – BMS – она справится. Поэтому несколько добавить энергии можно даже зарядником от телефона.

В зарядном устройстве для свинцовых АКБ главный показатель – стабильное напряжение. Для литиевых зарядников на первом этапе важен стабильный ток.

Правда, появились универсальные ЗУ, которые можно перенастроить на тот или иной режим зарядки. Перед вами российская разработка «Кулон».

Эксплуатация Li-ion батарей

Первую зарядку батареи после покупки новой техники необходимо выполнять после полного разряда. То есть заряжать его сразу не нужно, необходимо довести прибор до выключения, а потом зарядить полностью.

При эксплуатации устройств с литий-ионными батареями необходимо следить за местом их нахождения

В холодную и жаркую погоду важно контролировать температуру батареи, не допуская перегрева (переохлаждения). Для этого существуют специальные программы, с помощью которых отслеживаются показатели

Работа при температуре выше 30°C сказывается на способности батареи держать емкость. Уровень падает с 100% до 80%. Когда устройство полностью зарядилось, следует отключать его от источника тока. В противном случае емкость аккумулятора со временем будет снижаться, и батарея выйдет из строя.

График, демонстрирующий взаимосвязь времени и постепенного разряда аккумулятора.

Современные блоки питания способны минимизировать поступающий ток после полного заряда. Однако такая функция не дает гарантии сохранности аккумулятора. Заряжать устройство необходимо при отметке 30-50%. Постоянная полная разрядка сопровождается выделением тепла в большем объеме, это негативно сказывается на состоянии батареи.

Не стоит подключать к питанию устройства, которые работали в стрессовом режиме и получили перегрев. В этом случае необходимо дождаться, пока температура снизится, и только после этого ставить заряжаться.

Для устройств, которые допускают извлечение батареи, отличным решением является приобретение резервного аккумулятора. В этом случае время работы приспособления возрастает в 2 раза. Когда основной аккумулятор разряжается, в устройство помещается запасной элемент. Удобно решение для техники, которая быстро нагревается, так как сменное устройство дает время основному остыть.

Калибровка

Выделяют 2 метода калибрования:

• ручной;
• программный.

Калибровка производится по схеме: полный разряд-полный заряд аккумулятора. Необходима процедура для восстановления показателей и корректной работы контроллера.

Схема буферной зарядки аккумулятора и диаграмма, иллюстрирующая цикл заряда-разряда.

Второй метод отображает больше информации и позволяет осуществить дополнительные программные манипуляции. В остальном оба способа различий не имеют.

Вначале необходимо в стандартном режиме разрядить технику до выключения. Затем подключить к заряднику. Во время процедуры печатная плата батареи определяет предельные рамки зарядки и разрядки, это необходимо для предотвращения сбоев в дальнейшей работе.

Заряжают аккумулятор оригинальным прибором, который шел в комплекте с техникой. Отключать от сети устройство можно, когда индикатор заряда покажет 100%. Для достижения максимальной рабочей емкости рекомендуется провести 2-3 повторных цикла «разряд-заряд».

Хранение

Для предотвращения негативных воздействий на литий-ионный аккумулятор со стороны внешних факторов необходимо придерживаться таких правил:

• на время хранения батарею извлекать из устройства;
• перед извлечением рекомендуется зарядить аккумулятор до 50%;
• хранят источник в сухом и прохладном месте.

Литий-ионные устройства имеют низкий показатель саморазряда, поэтому хранить их можно более 2 лет. Однако избежать потери емкости невозможно, даже выполняя правильные условия хранения. Независимо от того, сколько зарядное не будет использоваться, необходимо каждые 3 месяца делать калибровку, а после нее возвращать уровень заряда до 50%.

Чего не нужно делать с литий-ионными аккумуляторами

Предотвращение перегрева является залогом длительной работы батареи. Литий – активный щелочной металл, поэтому при нагреве в аккумуляторе может начаться реакция, приводящая к воспламенению. Запрещается держать литий-ионные батареи вблизи источников солнечных лучей, батарей и открытого огня. Особенно это касается смартфонов и ноутбуков.

Запрещено разбирать аккумуляторный элемент. Такая процедура приводит к воспламенению. Нельзя заряжать элемент в обход контроллера. Исключение делают лишь в случае, если аккумулятор необходимо вывести из состояния глубокого разряда.

Балансир для Li-ion аккумуляторов своими руками

При последовательном включении банок в аккумуляторе, равная энергия поступает в каждый элемент при зарядке. В идеале, напряжение на каждой банке должно быть равным. Но небольшая разница в приеме заряда есть. Самая слабая банка получит свою порцию энергии, и будет перезаряжаться, пока другие питаются. Чтобы такого не случилось, предусмотрен балансир. Чаще он встраивается в MBS, используется в комплекте. Но можно собрать своими руками микросхему балансира для литиевых аккумуляторов отдельно.

Разработаны принципиальные схемы для Li-ion и LiFePO4 аккумуляторов на основе микросхемы TL431. Особенность доработки в том, что TL431 стал выполнять функции триггера Шмитта и получился балансир, без свойственных прежним схемам недостатков.

Балансир подключается к зарядному на время операции, но собран отдельной платой.

Похожие записи:

Как сделать комбайн для сбора черники своими руками Как правильно обрезать комнатное растение Как очистить нож от ржавчины: народные средства, химические реагенты, советы, правила ухода Провести воду в частный дом: скважина vs. центральное водоснабжение Как происходит сварка медных проводов Воздушный змей как крепить леску. как собрать воздушного змея из ашана инструкция