Ochrana lithium-iontových baterií (Li-ion). Myslím, že mnozí z vás vědí, že např. uvnitř baterie od mobilní telefon Nechybí ani ochranný obvod (kontrolér ochrany), který zajišťuje, že baterie (článek, banka atd...) nebude přebita nad napětí 4,2 V, nebo vybita pod 2...3 V. Také ochrana obvod šetří před zkraty tím, že v době zkratu vypne samotnou sklenici od spotřebitele. Když baterie dosáhne konce své životnosti, můžete z ní vyjmout desku ovladače ochrany a samotnou baterii vyhodit. Ochranná deska může být užitečná pro opravu jiné baterie, pro ochranu plechovky (která nemá ochranné obvody), nebo můžete desku jednoduše připojit ke zdroji a experimentovat s ní.
Měl jsem mnoho ochranných desek pro baterie, které se staly nepoužitelnými. Hledání označení mikroobvodů na internetu však nepřineslo nic, jako by byly mikroobvody klasifikovány. Na internetu byla dokumentace pouze pro sestavy tranzistorů s efektem pole, které jsou součástí ochranných desek. Podívejme se na návrh typického obvodu ochrany lithium-iontové baterie. Níže je deska řadiče ochrany sestavená na čipu řadiče označeného VC87 a sestavě tranzistoru 8814 ():
Na fotce vidíme: 1 - regulátor ochrany (srdce celého obvodu), 2 - sestavení dvou tranzistorů s efektem pole (o nich budu psát níže), 3 - rezistor nastavení pracovního proudu ochrany (např. zkrat), 4 - napájecí kondenzátor, 5 - rezistor (pro napájení čipu regulátoru), 6 - termistor (nachází se na některých deskách pro ovládání teploty baterie).
Zde je další verze regulátoru (na této desce není žádný termistor), je sestaven na čipu s označením G2JH a na tranzistorové sestavě 8205A ():
Dva tranzistor s efektem pole jsou potřebné k tomu, abyste mohli samostatně ovládat ochranu při nabíjení (Charge) a ochranu při vybíjení (Discharge) baterie. Téměř vždy existovaly datové listy pro tranzistory, ale žádné pro čipy řadičů!! A onehdy jsem najednou narazil na zajímavý datasheet pro nějaký druh regulátoru ochrany lithium-iontové baterie ().
A pak se z ničeho nic objevil zázrak - po porovnání obvodu z datasheetu s mými ochrannými deskami jsem si uvědomil: Obvody se shodují, jsou to jedno a totéž, klonové čipy! Po přečtení datasheetu můžete podobné regulátory použít ve svých domácích produktech a změnou hodnoty rezistoru můžete zvýšit přípustný proud, který může regulátor dodat, než se ochrana spustí.
Moderní elektronická zařízení(jako jsou mobilní telefony, notebooky nebo tablety) jsou napájeny lithium-iontovými bateriemi, které nahradily své alkalické protějšky. Nikl-kadmiové a nikl-metal hydridové baterie ustoupily Li-Ion bateriím kvůli jejich lepším technickým a spotřebitelským vlastnostem. Dostupné nabití v takových bateriích od okamžiku výroby se pohybuje od čtyř do šesti procent, poté začne používáním klesat. Během prvních 12 měsíců se kapacita baterie sníží o 10 až 20 %.
Originální nabíječky
Nabíjecí jednotky pro iontová baterie jsou velmi podobné podobným olověným zařízením, ale jejich baterie, nazývané pro svou vnější podobnost „banky“, mají vyšší napětí, takže jsou kladeny přísnější požadavky na toleranci (přípustný rozdíl napětí je například pouze 0,05 V). Nejběžnější formát iontové bateriové banky 18650 je ten, že má průměr 1,8 cm a výšku 6,5 cm.
Na poznámku. Standardní lithium-iontová baterie vyžaduje nabíjení až tři hodiny a přesnější čas je určen její původní kapacitou.
Výrobci Li-ion baterií doporučují k nabíjení používat pouze originální nabíječky, které zaručeně dají požadované napětí pro baterii a nezničí část její kapacity přebitím prvku a narušením chemického systému, rovněž je nežádoucí baterii plně nabíjet.
Poznámka! Při dlouhodobém skladování by lithiové baterie měly mít optimálně malé (ne více než 50 %) nabití a také je nutné je z jednotek vyjmout.
Pokud mají lithiové baterie ochrannou desku, pak jim přebití nehrozí.
Vestavěná ochranná deska odpojí nadměrné napětí (více než 3,7 V na článek) během nabíjení a vypne baterii, pokud úroveň nabití klesne na minimum, obvykle 2,4 V. Regulátor nabíjení detekuje okamžik, kdy napětí na bance dosáhne 3,7 V a odpojí nabíječku od baterie. Toto základní zařízení také monitoruje teplotu baterie, aby se zabránilo přehřátí a nadproudu. Ochrana je založena na mikroobvodu DV01-P. Poté, co je obvod přerušen regulátorem, jeho obnovení se provede automaticky, když jsou parametry normalizovány.
Červená kontrolka na čipu znamená nabití a zelená nebo modrá signalizuje, že je baterie nabitá.
Jak správně nabíjet lithiové baterie
Slavní výrobci li-ion baterie(například jako Sony) používají ve svých nabíječkách dvou- nebo třístupňový princip nabíjení, který dokáže výrazně prodloužit životnost baterie.
Na výstupu má nabíječka napětí pět voltů a aktuální hodnota se pohybuje od 0,5 do 1,0 jmenovité kapacity baterie (např. u prvku s kapacitou 2200 miliampérhodin by měl být proud nabíječky od 1,1 ampéru.)
V počáteční fázi, po připojení nabíječky pro lithiové baterie, je aktuální hodnota od 0,2 do 1,0 jmenovité kapacity, zatímco napětí je 4,1 voltu (na článek). Za těchto podmínek se baterie nabijí za 40 až 50 minut.
Pro dosažení konstantního proudu musí být obvod nabíječky schopen zvýšit napětí na svorkách baterie, v tomto okamžiku nabíječka pro většinu lithium-iontových baterií funguje jako běžný regulátor napětí.
Důležité! Pokud je nutné nabíjet lithium-iontové baterie, které mají vestavěnou ochrannou desku, pak by napětí naprázdno nemělo být vyšší než šest až sedm voltů, jinak se zhorší.
Když napětí dosáhne 4,2 voltu, kapacita baterie bude mezi 70 a 80 procenty kapacity, což bude signalizovat konec počáteční fáze nabíjení.
Další fáze se provede, pokud existuje DC napětí.
Dodatečné informace. V některých jednotkách více rychlé nabíjení Používá se pulzní metoda. Pokud má lithium-iontová baterie grafitový systém, pak musí splňovat limit napětí 4,1 voltu na článek. Pokud je tento parametr překročen, hustota energie baterie se zvýší a spustí oxidační reakce, čímž se zkrátí životnost baterie. V moderní modely baterie používají speciální přísady, které umožňují zvýšit napětí při připojení nabíječky pro li-ion baterie na 4,2 V plus/minus 0,05 V.
V jednoduchých lithiových bateriích udržují nabíječky úroveň napětí 3,9 voltu, což je pro ně spolehlivou zárukou dlouhé životnosti.
Při dodání proudu o kapacitě 1 baterie bude doba pro získání optimálně nabité baterie od 2 do 3 hodin. Jakmile se nabití zaplní, napětí dosáhne mezní normy, hodnota proudu rychle klesne a zůstane na úrovni několika procent původní hodnoty.
Pokud se nabíjecí proud uměle zvýší, doba použití nabíječky k napájení lithium-iontových baterií se téměř nezkrátí. V tomto případě se napětí zpočátku zvyšuje rychleji, ale současně se zvyšuje doba trvání druhého stupně.
Některé nabíječky dokážou baterii plně nabít za 60-70 minut, při takovém nabíjení odpadá druhý stupeň a baterii lze používat až po počáteční fázi (úroveň nabití bude rovněž na 70 procentech kapacity).
Ve třetí a poslední fázi nabíjení se provádí kompenzační nabíjení. Neprovádí se pokaždé, ale pouze jednou za 3 týdny, při skladování (nepoužívání) baterií. V podmínkách skladování baterie není možné použít tryskové nabíjení, protože v tomto případě dochází k metalizaci lithia. Krátkodobé dobíjení proudem konstantního napětí však pomáhá vyhnout se ztrátám nabití. Nabíjení se zastaví, když napětí dosáhne 4,2 V.
Lithiová metalizace je nebezpečná uvolněním kyslíku a náhlým zvýšením tlaku, což může vést k vznícení až explozi.
DIY nabíječka baterií
Nabíječka pro lithium-iontové baterie je levná, ale pokud máte trochu znalosti elektroniky, můžete si ji vyrobit sami. Pokud neexistují přesné informace o původu prvků baterie a existují pochybnosti o přesnosti měřicích přístrojů, měli byste nastavit práh nabíjení v oblasti od 4,1 do 4,15 voltů. To platí zejména v případě, že baterie nemá ochrannou desku.
K sestavení nabíječky pro lithiové baterie vlastníma rukama stačí jeden zjednodušený obvod, kterých je na internetu mnoho volně dostupných.
Jako indikátor můžete použít LED diodu typu nabíjení, která se rozsvítí, když se nabití baterie výrazně sníží, a zhasne, když je vybitá na „nulu“.
Nabíječka je sestavena v následujícím pořadí:
- je umístěno vhodné bydlení;
- je namontován pětivoltový napájecí zdroj a další části obvodu (přísně dodržujte pořadí!);
- pár mosazných pásků je vyříznut a připevněn k otvorům pro zásuvky;
- pomocí matice se určí vzdálenost mezi kontakty a připojenou baterií;
- Je instalován přepínač pro změnu polarity (volitelně).
Pokud je úkolem sestavit nabíječku pro baterie 18650 vlastníma rukama, bude vyžadován složitější obvod a více technických dovedností.
Všechny lithium-iontové baterie vyžadují čas od času dobíjení, je však třeba se vyvarovat přebíjení i úplného vybití. Udržení funkčnosti baterií a udržení jejich pracovní kapacity po dlouhou dobu je možné pomocí speciálních nabíječek. Je vhodné používat originální nabíječky, ale můžete si je sestavit sami.
Video
Skládáme jednoduchou nabíječku pro Lithium-iontové baterie prakticky z odpadků.
nashromáždil jsem se velký počet baterie z notebookových baterií, formát 18650. Přemýšlel jsem, jak je nabíjet, rozhodl jsem se nezatěžovat čínskými moduly a do té doby mi došly. Rozhodl jsem se dát dohromady dvě schémata. Snímač proudu a deska BMS z baterie mobilního telefonu. Vyzkoušeno v praxi. Přestože je schéma primitivní, funguje úspěšně, nebyla poškozena ani jedna baterie.
Nabíjecí obvod
Materiály a nástroje
- USB kabel;
- krokodýli;
- ochranná deska BMS;
- plastové vajíčko od kinder;
- dvě LED diody různých barev;
- tranzistor kt361;
- odpory 470 a 22 ohmů;
- dvouwattový odpor 2,2 ohm;
- jedna dioda IN4148;
- nástroje.
Výroba nabíječky
Rozebereme USB kabel a vyjmeme konektor. Mám to z nějakého iPadu.
Dráty připájíme na krokodýly.
Zvážíme hlubokou část plastového kinder, naplnil jsem matici M6 horkým lepidlem.
Pájíme náš jednoduchý obvod. Vše se provádí povrchovou montáží a připájením na BMS desku. Použil jsem dvojitou LED, ale můžete použít dvě jednobarevné. Tranzistor vypadl ze starého sovětského rádiového zařízení.
Drátky provlékneme do otvoru v druhé, mělké polovině plastového kinderku. Zapájejte obvod.
Vše kompaktně nacpeme do plastového vajíčka. Vyrábíme otvor pro LED.
Připojit k USB port PC nebo čínská nabíječka, stále mají málo proudu.
Během nabíjení svítí oranžově. Tito. obě LED svítí.
Po dokončení nabíjení se rozsvítí zelené světlo, které je připojeno přes diodu IN4148.
Obvod můžete zkontrolovat odpojením od baterie, rozsvítí se zelená LED indikující konec nabíjení.
Pokrok jde dopředu a lithiové baterie stále častěji nahrazují tradičně používané NiCd (nikl-kadmiové) a NiMh (nikl-metal hydridové) baterie.
Při srovnatelné hmotnosti jednoho prvku má lithium vyšší kapacitu, navíc napětí prvku je třikrát vyšší – 3,6 V na prvek, místo 1,2 V.
Cena lithiových baterií se začala blížit konvenčním alkalickým bateriím, jejich hmotnost a velikost jsou mnohem menší a kromě toho se mohou a měly by se nabíjet. Výrobce uvádí, že vydrží 300-600 cyklů.
Existují různé velikosti a vybrat si tu správnou není těžké.
Samovybíjení je tak nízké, že sedí roky a zůstávají nabité, tzn. Zařízení zůstává v provozu v případě potřeby.
"C" znamená kapacitu
Často se vyskytuje označení jako „xC“. Jde jednoduše o pohodlné označení nabíjecího nebo vybíjecího proudu baterie s podíly její kapacity. Odvozeno z anglického slova „Capacity“ (kapacita, kapacita).Když mluví o nabíjení proudem 2C, nebo 0,1C, obvykle tím myslí, že proud by měl být (2 × kapacita baterie)/h, respektive (0,1 × kapacita baterie)/h.
Například akumulátor s kapacitou 720 mAh, u kterého je nabíjecí proud 0,5 C, je nutné nabíjet proudem 0,5 × 720 mAh / h = 360 mA, to platí i pro vybíjení.
Jednoduchou nebo nepříliš jednoduchou nabíječku si můžete vyrobit sami, záleží na vašich zkušenostech a možnostech.
Schéma zapojení jednoduché nabíječky LM317
Rýže. 5.
Aplikační obvod zajišťuje poměrně přesnou stabilizaci napětí, která se nastavuje potenciometrem R2.
Stabilizace proudu není tak kritická jako stabilizace napětí, takže stačí stabilizovat proud pomocí bočníku Rx a tranzistoru NPN (VT1).
Požadovaný nabíjecí proud pro konkrétní lithium-iontovou (Li-Ion) a lithium-polymerovou (Li-Pol) baterii se volí změnou odporu Rx.
Odpor Rx přibližně odpovídá následujícímu poměru: 0,95/Imax.
Hodnota odporu Rx uvedená v diagramu odpovídá proudu 200 mA, jedná se o přibližnou hodnotu, záleží také na tranzistoru.
Je nutné zajistit radiátor v závislosti na nabíjecím proudu a vstupním napětí.
Vstupní napětí musí být alespoň o 3 volty vyšší než napětí baterie normální operace stabilizátor, který pro jednu plechovku je? 7-9 V.
Schéma zapojení jednoduché nabíječky na LTC4054
Rýže. 6.
Regulátor nabíjení LTC4054 můžete odpájet ze starého mobilní telefon, například Samsung (C100, C110, X100, E700, E800, E820, P100, P510).
Rýže. 7. Tento malý 5nohý čip je označen „LTH7“ nebo „LTADY“
Nebudu zacházet do nejmenších detailů práce s mikroobvodem, vše je v datovém listu. Popíšu jen ty nejnutnější vlastnosti.
Nabíjecí proud až 800 mA.
Optimální napájecí napětí je od 4,3 do 6 Voltů.
Indikace nabití.
Ochrana proti zkratu na výstupu.
Ochrana proti přehřátí (snížení nabíjecího proudu při teplotách nad 120°).
Nenabíjí baterii, pokud je její napětí nižší než 2,9 V.
Nabíjecí proud je nastaven odporem mezi pátou svorkou mikroobvodu a zemí podle vzorce
I=1000/R,
kde I je nabíjecí proud v ampérech, R je odpor odporu v ohmech.
Indikátor vybití lithiové baterie
Tady jednoduchý obvod, který rozsvítí LED, když je baterie vybitá a její zbytkové napětí se blíží kritické hodnotě.
Rýže. 8.
Jakékoli tranzistory s nízkým výkonem. Zapalovací napětí LED se volí děličem z rezistorů R2 a R3. Je lepší zapojit obvod za ochrannou jednotku, aby LED zcela nevybila baterii.
Nuance trvanlivosti
Výrobce obvykle uvádí 300 cyklů, ale pokud nabijete lithium jen o 0,1 Voltu méně, na 4,10 V, pak se počet cyklů zvýší na 600 nebo dokonce více.Provoz a bezpečnostní opatření
S jistotou lze říci, že lithium-polymerové baterie jsou nejjemnějšími existujícími bateriemi, to znamená, že vyžadují povinné dodržování několika jednoduchých, ale povinných pravidel, jejichž nedodržení může způsobit potíže.1. Nabíjení na napětí přesahující 4,20 V na nádobu není povoleno.
2. Není povoleno zkrat baterie
3. Vybíjení proudy, které překračují nosnost nebo zahřívání baterie nad 60°C, není povoleno. 4. Výboj pod napětím 3,00 V na sklenici je škodlivý.
5. Zahřívání baterie nad 60 °C je škodlivé. 6. Odtlakování baterie je škodlivé.
7. Skladování ve vybitém stavu je škodlivé.
Nedodržení prvních tří bodů vede k požáru, zbytek - k úplné nebo částečné ztrátě kapacity.
Z praxe mnohaletého používání mohu říci, že kapacita baterie se mění málo, ale zvyšuje vnitřní odpor a baterie začne pracovat kratší dobu při vysokém odběru proudu - zdá se, že kapacita klesla.
Z tohoto důvodu většinou instaluji větší nádobu, jak to rozměry přístroje dovolují a docela dobře fungují i staré plechovky staré deset let.
Pro nepříliš vysoké proudy jsou vhodné staré baterie do mobilních telefonů.
Ze staré baterie notebooku můžete získat spoustu perfektně fungujících baterií 18650.
Kde mohu použít lithiové baterie?
Svůj šroubovák a elektrický šroubovák jsem předělal na lithium už dávno. Tyto nástroje nepoužívám pravidelně. Nyní i po roce nepoužívání fungují bez dobíjení!Dávám malé baterie do dětských hraček, hodinek atd., kde byly z výroby nainstalovány 2-3 „knoflíkové“ články. Tam, kde je potřeba přesně 3V, přidám jednu diodu do série a funguje to tak akorát.
Dal jsem je do LED baterek.
Místo drahé a malokapacitní Krony 9V jsem do testeru nainstaloval 2 plechovky a zapomněl na všechny problémy a náklady navíc.
Obecně to dávám, kam se dá, místo baterií.
Kde koupím lithium a související nástroje
Na prodej. Na stejném odkazu najdete nabíjecí moduly a další užitečné předměty pro kutily.Číňané většinou lžou o kapacitě a ta je menší, než se píše.
Poctivé Sanyo 18650
Můžete se seznámit s obvodem nabíječky, který je ideální pro lithiové Li-Ion baterie.
Jeho autor chtěl nejprve představit jednoduchou verzi na čipu lm317, ale v tomto případě musí být nabíjení napájeno z vyššího napětí než 5 voltů. Důvodem je, že rozdíl mezi vstupním a výstupním napětím mikroobvodu lm317 musí být alespoň 2 volty. Napětí nabité lithium-iontové baterie je přibližně 4,2 V. Rozdíl napětí je tedy menší než 1 volt. A to znamená, že můžete přijít s jiným řešením.
Na AliExpress si můžete koupit specializovanou desku pro nabíjení lithiových baterií, která stojí asi dolar. Ano, to je pravda, ale proč kupovat něco, co se dá udělat za pár minut. Navíc trvá měsíc, než obdržíte objednávku. Pokud se ale rozhodnete koupit si již hotovou, abyste ji mohli hned použít, kupte si ji v tomto čínském obchodě. Do vyhledávání obchodu zadejte: TP4056 1A
Nejjednodušší schéma
Dnes se podíváme na možnosti UDB nabíječky pro lithiové baterie, které může kdokoli replikovat. Schéma je to nejjednodušší, jaké si dokážete představit.
Řešení
Jedná se o hybridní obvod, kde je stabilizace napětí a omezení nabíjecího proudu baterie.
Popis provozu nabíjení
Stabilizace napětí je založena na poměrně oblíbeném mikroobvodu s regulovatelnou zenerovou diodou tl431. Tranzistor jako zesilovací prvek. Nabíjecí proud je nastaven rezistorem R1 a závisí pouze na parametrech nabíjené baterie. Tento odpor se doporučuje s výkonem 1 watt. A všechny ostatní rezistory jsou 0,25 nebo 0,125 wattů.
Jak víme, napětí jedné plechovky plně nabité lithium-iontové baterie je asi 4,2 V. Na výstupu nabíječky tedy musíme nastavit přesně toto napětí, které se nastavuje volbou rezistorů R2 a R3. Je toho hodně online programy výpočtem stabilizačního napětí mikroobvodu tl431.
Pro co nejpřesnější nastavení výstupního napětí se doporučuje nahradit rezistor R2 vícezávitovým odporem cca 10 kiloohmů. Mimochodem, takové řešení je možné. Jako indikátor nabití používáme LED diodu, postačí téměř každá LED, barva podle vašeho vkusu.
Celé nastavení spočívá v nastavení výstupního napětí na 4,2 voltu.
Pár slov o zenerově diodě tl431. Jedná se o velmi oblíbený mikroobvod, nezaměňujte jej s tranzistory v podobném balení. Tento mikroobvod se nachází téměř v každém pulzní blok napájecí zdroj, například počítač, kde je mikroobvod nejčastěji umístěn ve svazku.
Výkonový tranzistor není kritický, vhodný je jakýkoliv tranzistor se zpětným vedením středního nebo vysokého výkonu, např. ze sovětských jsou vhodné KT819, KT805. Z méně výkonných KT815, KT817 a jakýchkoliv dalších tranzistorů s podobnými parametry.
Pro jaké baterie je zařízení vhodné?
Obvod je navržen tak, aby nabíjel pouze jednu plechovku lithiová baterie. Nabíjet můžete standardních 18 650 baterií a další baterie, stačí jen nastavit příslušné napětí na výstupu nabíječky.
Pokud náhle z nějakého důvodu obvod nefunguje, zkontrolujte přítomnost napětí na ovládacím kolíku mikroobvodu. Musí být alespoň 2,5 V. Toto je minimální provozní napětí pro vnější zdroj referenční napětí mikroobvodu. I když existují verze, kde je minimální provozní napětí 3 V.
Dále je vhodné postavit pro uvedený čip malou zkušební stolici, aby se zkontrolovala jeho funkčnost před pájením. A po montáži instalaci pečlivě zkontrolujeme.
V jiné publikaci je materiál o zlepšení.