Protección de litio baterías de iones(Li-ion). Creo que muchos de ustedes saben que, por ejemplo, dentro de la batería de teléfono móvil También hay un circuito de protección (controlador de protección), que asegura que la batería (celda, banco, etc.) no se sobrecargue por encima de un voltaje de 4,2 V, ni se descargue por debajo de 2 ... 3 V. Además, el circuito de protección ahorra de cortocircuitos desconectando el recipiente del consumidor en el momento del cortocircuito. Cuando la batería llega al final de su vida útil, puede quitar la placa del controlador de protección y desechar la batería. La placa de protección puede ser útil para reparar otra batería, para proteger la jarra (que no tiene circuitos de protección), o simplemente puede conectar la placa a la fuente de alimentación y experimentar con ella.
Tenía muchas placas de protección de batería gastadas. Pero una búsqueda en Internet de las marcas de los microcircuitos no dio nada, como si los microcircuitos estuvieran clasificados. En Internet solo existía documentación para ensamblajes de transistores de efecto de campo, que se incluyen en las placas de protección. Echemos un vistazo a la construcción de un circuito de protección de batería de iones de litio típico. A continuación se muestra una placa controladora de protección ensamblada en un microcircuito controlador con la designación VC87 y un conjunto de transistor 8814 ():
En la foto vemos: 1 - el controlador de protección (el corazón de todo el circuito), 2 - un conjunto de dos transistores de efecto de campo (escribiré sobre ellos a continuación), 3 - una resistencia que establece la corriente de operación de protección ( por ejemplo, con un cortocircuito), 4 - un condensador de suministro de energía, 5 - resistencia (para alimentar el microcircuito del controlador), 6 - termistor (instalado en algunas placas, para controlar la temperatura de la batería).
Aquí hay otra versión del controlador (no hay termistor en esta placa), está ensamblado en un microcircuito con la designación G2JH y en un conjunto de transistor 8205A ():
Se necesitan dos transistores de efecto de campo para poder controlar por separado la protección cuando se carga (Carga) y la protección cuando se descarga (Descarga) la batería. ¡Casi siempre había hojas de datos para transistores, pero no para microcircuitos de controlador! Y el otro día me encontré de repente con una hoja de datos interesante para algún tipo de controlador de protección de batería de iones de litio ().
Y luego, de la nada, apareció un milagro: comparando el circuito de la hoja de datos con mis placas de protección, me di cuenta: los circuitos son los mismos, son uno y el mismo, ¡clon microcircuitos! Después de leer la hoja de datos, puede usar dichos controladores en sus productos caseros y, al cambiar el valor de la resistencia, puede aumentar la corriente permitida que el controlador puede proporcionar antes de que se active la protección.
Moderno dispositivos electrónicos(como teléfonos celulares, computadoras portátiles o tabletas) funcionan con baterías de iones de litio, que han reemplazado a sus equivalentes alcalinos. Las baterías de níquel-cadmio e hidruro metálico de níquel han dado paso a las baterías de ión de litio debido a las mejores cualidades técnicas y de consumo de estas últimas. La carga disponible desde el momento de la producción en tales baterías es del cuatro al seis por ciento, después de lo cual comienza a disminuir con el uso. Durante los primeros 12 meses, la capacidad de las baterías disminuirá entre un 10 y un 20%.
Cargadores originales
Los cargadores para una batería de iones son muy similares a los dispositivos similares para los de plomo-ácido, sin embargo, tienen un voltaje más alto en las baterías, llamados "bancos" por la similitud externa, por lo tanto hay requisitos más estrictos de tolerancia (por ejemplo, el La diferencia de voltaje permitida es solo 0, 05 c). El formato más común para una lata de baterías iónicas es 18650, lo que significa que tiene un diámetro de 1.8 cm y una altura de 6.5 cm.
En una nota. Una batería estándar de iones de litio tarda hasta tres horas en cargarse y, más precisamente, el tiempo está determinado por su capacidad original.
Los fabricantes de baterías de iones de litio recomiendan usar solo cargadores originales para cargar, que están garantizados para dar voltaje requerido para la batería y no destruirá parte de su capacidad al recargar la celda e interrumpir el sistema químico, tampoco es deseable cargar completamente la batería.
¡Nota! Durante el almacenamiento a largo plazo, las baterías de litio deben tener de manera óptima una carga pequeña (no más del 50%); también es necesario quitarlas de las unidades.
Si las baterías de litio tienen una placa de protección, no corren peligro de sobrecarga.
Una placa de protección incorporada corta el voltaje excesivo (más de 3.7 voltios por celda) durante la carga y desconecta la batería si el nivel de carga cae al mínimo, generalmente 2.4 voltios. El controlador de carga detecta el momento en que el voltaje en el banco alcanza los 3,7 voltios y desconecta el cargador de la batería. Además, este dispositivo esencial monitorea la temperatura de la batería para evitar el sobrecalentamiento y la sobrecorriente. La protección se ensambla sobre la base del microcircuito DV01-P. Después de que el circuito es interrumpido por el controlador, su restauración se lleva a cabo automáticamente cuando los parámetros se normalizan.
En el microcircuito, un indicador rojo significa carga y un indicador verde o azul indica que la batería está cargada.
Cómo cargar correctamente las baterías de litio
Los fabricantes conocidos de baterías de iones de litio (por ejemplo, como Sony) utilizan un principio de carga de dos o tres etapas en sus cargadores, lo que prolonga significativamente la vida útil de la batería.
En la salida, el cargador tiene un voltaje de cinco voltios y el valor actual varía de 0.5 a 1.0 de la capacidad nominal de la batería (por ejemplo, para una celda con una capacidad de 2200 miliamperios-hora, la corriente del cargador debe ser de 1.1 amperios.)
En la etapa inicial, después de conectar la carga de las baterías de litio, el valor actual es de 0,2 a 1,0 de la capacidad nominal, mientras que el voltaje es de 4,1 voltios (por celda). En estas condiciones, las baterías se cargan durante 40 a 50 minutos.
Para lograr una corriente constante, el circuito del cargador debe poder elevar el voltaje en los terminales de la batería, momento en el que el cargador de la mayoría de las baterías de iones de litio funciona como un regulador de voltaje convencional para la corriente eléctrica.
¡Importante! Si es necesario cargar baterías de iones de litio, que tienen una placa de protección incorporada, entonces el voltaje del circuito abierto no debe exceder de seis a siete voltios, de lo contrario se deteriorará.
Cuando el voltaje alcanza los 4,2 voltios, la capacidad de la batería será del 70 al 80 por ciento de la capacidad, lo que señalará el final de la etapa inicial de carga.
La siguiente etapa se lleva a cabo si hay Voltaje constante.
Información adicional. Algunas unidades utilizan un método de pulso para una carga más rápida. Si la batería de iones de litio tiene un sistema de grafito, entonces se debe respetar el límite de voltaje de 4.1 voltios por celda. Si se excede este parámetro, la densidad de energía de la batería aumentará e iniciará reacciones oxidativas que acortan la vida útil de la batería. V modelos modernos Las baterías utilizan aditivos especiales que le permiten aumentar el voltaje al conectar un cargador para baterías de iones de litio de hasta 4,2 voltios más / menos 0,05 voltios.
En las baterías de litio simples, los cargadores mantienen el nivel de voltaje en 3.9 voltios, lo que es una garantía confiable de un largo servicio para ellos.
Cuando se entrega una corriente de la capacidad de 1 batería, el tiempo para obtener una batería cargada de manera óptima será de 2 a 3 horas. Tan pronto como la carga se llena, el voltaje alcanza la tasa de corte, el valor actual cae rápidamente y permanece al nivel de un par de por ciento del valor inicial.
Si la corriente de carga aumenta artificialmente, el tiempo de uso del cargador para alimentar las baterías de iones de litio difícilmente disminuirá. En este caso, el voltaje aumenta inicialmente más rápido, pero al mismo tiempo aumenta la duración de la segunda etapa.
Algunos cargadores pueden cargar completamente la batería en 60-70 minutos; durante dicha carga, se excluye la segunda etapa y la batería se puede usar después de la etapa inicial (el nivel de carga también estará al 70 por ciento de su capacidad).
En la tercera etapa final de carga, se realiza una carga de compensación. No se lleva a cabo todas las veces, sino solo una vez cada 3 semanas, cuando se almacenan (y no se usan) las baterías. No es posible utilizar la carga lenta en las condiciones de almacenamiento de las baterías, porque en este caso se produce la metalización del litio. Sin embargo, la recarga a corto plazo con corriente de voltaje constante ayuda a evitar pérdidas de carga. La terminación de la carga finaliza tan pronto como la tensión alcanza los 4,2 voltios.
La metalización del litio es peligrosa por la liberación de oxígeno y la acumulación repentina de presión, que puede provocar incendios e incluso explosiones.
Cargador de batería de bricolaje
Cargador para baterías de iones de litio es económico, pero con un poco de conocimiento en electrónica, puede hacerlo usted mismo. Si no hay información exacta sobre el origen de los elementos de la batería y existen dudas sobre la precisión de los dispositivos de medición, debe establecer el umbral de carga en la región de 4,1 a 4,15 voltios. Esto es especialmente cierto si la batería no tiene una placa protectora.
Para ensamblar un cargador para baterías de litio con sus propias manos, un diagrama simplificado es suficiente, de los cuales hay muchos disponibles gratuitamente en Internet.
Para el indicador, puede utilizar un LED de tipo de carga, que se enciende cuando la carga de la batería se reduce significativamente y se apaga cuando la batería se descarga a "cero".
El cargador se ensambla en el siguiente orden:
- hay un caso adecuado;
- una fuente de alimentación de cinco voltios y otros detalles del circuito están montados (¡siga estrictamente la secuencia!);
- se cortan un par de tiras de latón y se unen a los orificios del enchufe;
- utilizando una tuerca, se determina la distancia entre los contactos y la batería conectada;
- se instala un interruptor para cambiar la polaridad (opcional).
Si la tarea es ensamblar un cargador para baterías 18650 con sus propias manos, entonces se requerirá un circuito más complejo y más habilidades técnicas.
Todas las baterías de iones de litio deben recargarse de vez en cuando, sin embargo, se debe evitar la sobrecarga y la descarga completa. Mantener el rendimiento de las baterías y mantener su capacidad de trabajo durante mucho tiempo es posible con la ayuda de cargadores especiales. Es recomendable utilizar cargadores originales, pero puedes montarlos tú mismo.
Video
Armando un simple cargador de batería de iones de litio, prácticamente sin basura.
Yo he acumulado un gran número de baterías de portátiles, formato 18650. Pensando en cómo cargarlas, decidí no molestarme con los módulos chinos, y para entonces ya se me habían acabado. Decidí armar dos esquemas. Sensor de corriente y placa BMS de la batería del teléfono móvil. Probado en la práctica. Aunque el circuito es primitivo, funciona y con éxito, ni una sola batería resultó dañada.
Circuito cargador
Materiales y herramientas
- Cable USB;
- cocodrilos
- Tablero de protección BMS;
- huevo de plástico de kinder;
- dos LED de diferentes colores;
- transistor kt361;
- resistencias para 470 y 22 ohmios;
- resistencia de dos vatios 2,2 ohmios;
- un diodo IN4148;
- instrumentos.
Hacer un cargador
Desmonte el cable USB y retire el conector. Lo tengo de una especie de aipad.
Soldamos los cables a los cocodrilos.
Hacemos que la parte profunda del plástico sea más pesada, llené la tuerca M6 con pegamento termofusible.
Soldamos nuestro esquema simple. Todo se realiza mediante montaje en superficie y soldado en la placa BMS. Usé un LED dual, pero puedes usar dos de un solo color. El transistor se cayó del antiguo equipo de radio soviético.
Pasamos los cables por el orificio de la segunda mitad poco profunda del plástico más amable. Soldamos el circuito.
Metimos todo de forma compacta en un huevo de plástico. Hacemos un agujero para el LED.
Conectar a Puerto USB Carga para PC o China, todavía tienen poca corriente.
Se ilumina en naranja durante la carga. Aquellos. Ambos LED están encendidos.
Cuando se acaba la carga, se enciende el verde, el que está conectado a través del diodo IN4148.
Puede comprobar el circuito desconectando de la batería, el LED verde se iluminará, indicando el final de la carga.
A medida que continúa el progreso, las baterías de NiCd (níquel-cadmio) y NiMh (níquel-hidruro metálico) utilizadas tradicionalmente están siendo reemplazadas cada vez más por baterías de litio.
Con un peso comparable de una celda, el litio tiene una gran capacidad, además, su voltaje de celda es tres veces mayor: 3.6 V por celda, en lugar de 1.2 V.
El costo de las baterías de litio ha comenzado a acercarse al de las baterías alcalinas convencionales, el peso y tamaño son mucho menores, y además, pueden y deben cargarse. El fabricante dice que pueden soportar entre 300 y 600 ciclos.
Hay diferentes tamaños y no es difícil encontrar el adecuado.
La autodescarga es tan baja que permanecen durante años y permanecen cargados, es decir. el dispositivo permanece operativo cuando es necesario.
"C" significa capacidad
A menudo se encuentra la designación "xC". Esta es solo una designación conveniente para la corriente de carga o descarga de una batería con una fracción de su capacidad. Derivado de la palabra inglesa "Capacity" (capacidad, capacidad).Cuando hablan de cargar con una corriente de 2C, o 0.1C, generalmente quieren decir que la corriente debe ser (2 × capacidad de la batería) / ho (0.1 × capacidad de la batería) / h, respectivamente.
Por ejemplo, una batería con una capacidad de 720 mAh, para la cual la corriente de carga es de 0.5C, debe cargarse con una corriente de 0.5 × 720mAh / h = 360 mA, esto también se aplica a la descarga.
Y puede hacer el cargador más simple o no muy simple, dependiendo de su experiencia y capacidades.
Diagrama de un cargador simple en el LM317
Arroz. 5.
El circuito con la aplicación proporciona una estabilización de voltaje bastante precisa, que se establece mediante el potenciómetro R2.
La estabilización de la corriente no es tan crítica como la estabilización de la tensión, por lo que es suficiente estabilizar la corriente con una resistencia de derivación Rx y un transistor NPN (VT1).
La corriente de carga requerida para una batería específica de iones de litio (Li-Ion) y de polímero de litio (Li-Pol) se selecciona cambiando la resistencia Rx.
La resistencia Rx corresponde aproximadamente a la siguiente relación: 0,95 / Imax.
El valor de la resistencia Rx indicado en el diagrama corresponde a una corriente de 200 mA, este es un valor aproximado, también depende del transistor.
Es necesario proporcionar un radiador en función de la corriente de carga y el voltaje de entrada.
El voltaje de entrada debe ser al menos 3 voltios más alto que el voltaje de la batería para el funcionamiento normal del estabilizador, que para una celda es? 7-9 V.
Diagrama de un cargador simple en el LTC4054
Arroz. 6.
Puede quitar el controlador de carga LTC4054 del antiguo Teléfono móvil, por ejemplo, Samsung (C100, C110, X100, E700, E800, E820, P100, P510).
Arroz. 7. Este pequeño chip de 5 pies está etiquetado como "LTH7" o "LTADY".
No entraré en los detalles más pequeños de trabajar con el microcircuito, todo está en la hoja de datos. Describiré solo las características más necesarias.
Corriente de carga hasta 800 mA.
La tensión de alimentación óptima es de 4,3 a 6 voltios.
Indicación de carga.
Protección contra cortocircuitos de salida.
Protección contra sobrecalentamiento (disminución de la corriente de carga a temperaturas superiores a 120 °).
No carga la batería si el voltaje es inferior a 2,9 V.
La corriente de carga se establece mediante una resistencia entre el quinto pin del microcircuito y tierra de acuerdo con la fórmula
Yo = 1000 / R,
donde I es la corriente de carga en amperios, R es la resistencia de la resistencia en ohmios.
Indicador de descarga de batería de litio
Aquí circuito simple, que enciende el LED cuando la batería está descargada y su voltaje residual es casi crítico.
Arroz. ocho.
Cualquier transistores de baja potencia. El voltaje de encendido del LED se selecciona mediante un divisor de las resistencias R2 y R3. Es mejor conectar el circuito después de la unidad de protección para que el LED no descargue la batería en absoluto.
El matiz de la durabilidad
El fabricante generalmente afirma 300 ciclos, pero si carga litio solo 0.1 voltios menos, hasta 4.10 V, entonces el número de ciclos aumenta a 600 o incluso más.Operación y precauciones
Es seguro decir que las baterías de polímero de litio son las baterías más "delicadas" de las existentes, es decir, requieren la observancia obligatoria de varias reglas simples, pero obligatorias, debido al incumplimiento de las cuales ocurren problemas.1. No se permite que la carga alcance un voltaje superior a 4,20 voltios por celda.
2. No permitido cortocircuito batería.
3. No se permite la descarga por corrientes que excedan la capacidad de carga o el calentamiento de la batería por encima de 60 ° C. 4. Descarga dañina por debajo del voltaje de 3.00 voltios por celda.
5. El calentamiento de la batería por encima de 60 ° C es perjudicial. 6. La despresurización de la batería es perjudicial.
7. Almacenamiento nocivo en estado descargado.
El incumplimiento de los primeros tres puntos conduce a un incendio, el resto, a una pérdida total o parcial de capacidad.
De la práctica de muchos años de uso, puedo decir que la capacidad de las baterías cambia poco, pero la resistencia interna aumenta y la batería comienza a funcionar menos en el tiempo a corrientes de alto consumo - parece que la capacidad ha bajado.
Por lo tanto, suelo configurar una capacidad mayor, que las dimensiones del dispositivo permiten, e incluso los bancos antiguos, que tienen diez años, funcionan bastante bien.
Para corrientes no muy elevadas, son adecuadas las pilas viejas.
Puede extraer muchas baterías 18650 completamente funcionales de una batería de computadora portátil vieja.
¿Dónde uso las baterías de litio?
Hace mucho tiempo convertí un destornillador y un destornillador eléctrico en litio. No utilizo estas herramientas con regularidad. Ahora, incluso después de un año de inactividad, ¡funcionan sin recargar!Puse baterías pequeñas en juguetes, relojes, etc. para niños, donde se instalaron de fábrica 2-3 celdas de "botón". Donde se necesitan exactamente 3V, agrego un diodo en serie y resulta justo.
Puse linternas LED.
En lugar del costoso y de baja capacidad "Crown 9V", instalé 2 bancos en el probador y olvidé todos los problemas y costos innecesarios.
En general, lo pongo donde puedo, en lugar de pilas.
¿Dónde compro litio y relacionados con los servicios públicos?
Vendido. En el mismo enlace encontrará módulos de carga y otras utilidades para los aficionados al bricolaje.A expensas de la capacidad, los chinos suelen mentir y es menor que el escrito.
Honesto sanyo 18650
Podrá familiarizarse con el circuito del cargador, que es perfecto para litio Li-Ion baterías.
En un principio, su autor quería presentar una versión simple sobre el microcircuito lm317, pero en este caso, la carga debe ser alimentada por un voltaje superior a 5 voltios. La razón es que la diferencia entre los voltajes de entrada y salida del microcircuito lm317 debe ser de al menos 2 voltios. El voltaje de una batería de iones de litio cargada es de aproximadamente 4,2 voltios. Por lo tanto, la diferencia de voltaje es inferior a 1 voltio. Esto significa que puede encontrar una solución diferente.
En Aliexpress, puede comprar una placa especializada para cargar baterías de litio, que cuesta alrededor de un dólar. Sí, lo es, pero ¿por qué comprar algo que se pueda hacer en un par de minutos? Además, se tarda un mes en recibir el pedido. Pero si decides comprar uno ya hecho para usarlo de inmediato, cómpralo en esta tienda china. En la búsqueda de su tienda, ingrese: TP4056 1A
El esquema más simple
Hoy consideraremos opciones para un cargador UDB para baterías de litio, que todos pueden repetir. El esquema es el más simple que se te ocurra.
Solución
Este es un circuito híbrido, donde hay estabilización de voltaje y limitación de corriente de la carga de la batería.
Descripción de la operación de carga
La estabilización de voltaje se basa en el microcircuito de diodo zener ajustable tl431 bastante popular. Transistor como elemento amplificador. La corriente de carga la establece la resistencia R1 y depende solo de los parámetros de la batería que se está cargando. Esta resistencia se aconseja con una potencia de 1 vatio. Y todas las demás resistencias son de 0,25 o 0,125 vatios.
Como sabemos, el voltaje de una celda de una batería de iones de litio completamente cargada es de aproximadamente 4,2 voltios. Por lo tanto, a la salida del cargador, debemos configurar exactamente este voltaje, que se establece mediante la selección de las resistencias R2 y R3. Hay tantos programas en línea para calcular el voltaje de estabilización del microcircuito tl431.
Para la configuración más precisa del voltaje de salida, se recomienda reemplazar la resistencia R2 con una resistencia de múltiples vueltas de aproximadamente 10 kiloohmios. Por cierto, esta solución también es posible. Tenemos un LED en el papel de un indicador de carga, casi cualquier LED, color de su elección, servirá.
Toda la configuración se reduce a establecer el voltaje de salida en 4.2 voltios.
Algunas palabras sobre el diodo zener tl431. Este es un microcircuito muy popular, que no debe confundirse con transistores en un paquete similar. Este microcircuito se encuentra en casi cualquier fuente de alimentación conmutada, por ejemplo, una computadora, donde el microcircuito se encuentra con mayor frecuencia en el arnés.
El transistor de potencia no es crítico, cualquier transistor de conducción inversa de potencia media o alta servirá, por ejemplo, de los soviéticos, KT819, KT805 son adecuados. Desde los menos potentes KT815, KT817 y otros transistores con parámetros similares.
¿Para qué baterías es adecuado el dispositivo?
El circuito está diseñado para cargar solo una celda de una batería de litio. Puede cargar una batería de 18650 estándar y otras baterías, solo necesita configurar el voltaje apropiado en la salida del cargador.
Si de repente, por alguna razón, el circuito no funciona, verifique la presencia de voltaje en el pin de control del microcircuito. Debe ser de al menos 2,5 voltios. Este es el voltaje de funcionamiento mínimo para fuente externa el voltaje de referencia del microcircuito. Aunque existen versiones donde la tensión mínima de funcionamiento es de 3 Voltios.
También es aconsejable construir un pequeño banco de pruebas para el microcircuito especificado con el fin de probar su operabilidad antes de soldar. Y después del montaje, comprobamos cuidadosamente la instalación.
En otra publicación, hay un material sobre la mejora.