Zaštita litij-ionskih baterija (Li-ion). Mislim da mnogi od vas znaju da, na primjer, unutar baterije iz mobitel Postoji i zaštitni krug (zaštitni kontroler), koji osigurava da se baterija (ćelija, banka, itd...) ne prepuni iznad napona od 4,2 V, niti isprazni ispod 2...3 V. Također, zaštita sklop spašava od kratkih spojeva isključivanjem same staklenke od potrošača u trenutku kratkog spoja. Kada baterija dođe do kraja radnog vijeka, možete s nje skinuti zaštitnu upravljačku ploču i baciti samu bateriju. Zaštitna ploča može biti korisna za popravak druge baterije, za zaštitu limenke (koja nema zaštitne krugove), ili možete jednostavno spojiti ploču na napajanje i eksperimentirati s njom.
Imao sam mnogo zaštitnih ploča za baterije koje su postale neupotrebljive. Ali pretraga na internetu za oznakama mikrosklopova nije dala ništa, kao da su mikrosklopovi klasificirani. Na internetu je postojala dokumentacija samo za sklopove tranzistora s efektom polja, koji su uključeni u zaštitne ploče. Pogledajmo dizajn tipičnog zaštitnog kruga litij-ionske baterije. Dolje je ploča zaštitnog upravljača sastavljena na upravljačkom čipu označenom VC87 i sklopu tranzistora 8814 ():
Na fotografiji vidimo: 1 - regulator zaštite (srce cijelog kruga), 2 - sklop dva tranzistora s efektom polja (o njima ću pisati u nastavku), 3 - otpornik koji postavlja struju rada zaštite (na primjer tijekom kratki spoj), 4 - kondenzator napajanja, 5 - otpornik (za napajanje čipa kontrolera), 6 - termistor (nalazi se na nekim pločama za kontrolu temperature baterije).
Evo još jedne verzije regulatora (na ovoj ploči nema termistora), sastavljen je na čipu s oznakom G2JH i na sklopu tranzistora 8205A ():
Dva tranzistor s efektom polja su potrebni kako biste mogli odvojeno kontrolirati zaštitu tijekom punjenja (Charge) i zaštitu tijekom pražnjenja (Discharge) baterije. Gotovo uvijek su postojale podatkovne tablice za tranzistore, ali niti jedna za upravljačke čipove!! A neki dan sam iznenada naišao na zanimljivu podatkovnu tablicu za neku vrstu kontrolera zaštite litij-ionske baterije ().
A onda se, niotkuda, pojavilo čudo - nakon što sam usporedio sklop iz podatkovne tablice sa svojim zaštitnim pločama, shvatio sam: sklopovi se poklapaju, oni su jedna te ista stvar, klonirani čipovi! Nakon čitanja podatkovne tablice, možete koristiti slične regulatore u svojim domaćim proizvodima, a promjenom vrijednosti otpornika možete povećati dopuštenu struju koju regulator može isporučiti prije nego što se aktivira zaštita.
Moderno elektronički uređaji(kao što su mobiteli, prijenosna računala ili tableti) napajaju se litij-ionskim baterijama koje su zamijenile svoje alkalne baterije. Nikal-kadmijeve i nikal-metal-hidridne baterije ustupile su mjesto Li─Ion baterijama zbog boljih tehničkih i potrošačkih kvaliteta potonjih. Raspoloživa napunjenost u takvim baterijama od trenutka proizvodnje kreće se od četiri do šest posto, nakon čega s korištenjem počinje opadati. Tijekom prvih 12 mjeseci kapacitet baterije se smanjuje za 10 do 20%.
Originalni punjači
Jedinice za punjenje za ionska baterija su vrlo slični sličnim uređajima s olovnom kiselinom, međutim, njihove baterije, koje se zbog vanjske sličnosti nazivaju "banke", imaju viši napon, pa postoje stroži zahtjevi za toleranciju (na primjer, dopuštena razlika napona je samo 0,05 V). Najčešći format banke ionskih baterija 18650 je da ima promjer od 1,8 cm i visinu od 6,5 cm.
Na bilješku. Standardna litij-ionska baterija zahtijeva do tri sata punjenja, a točnije vrijeme određeno je njezinim izvornim kapacitetom.
Proizvođači Li-ion baterija preporučuju korištenje samo originalnih punjača za punjenje, koji jamče potreban napon za bateriju i neće uništiti dio njenog kapaciteta prekomjernim punjenjem elementa i remećenjem kemijskog sustava; također je nepoželjno puniti bateriju do kraja.
Bilješka! Tijekom dugotrajnog skladištenja, litijeve baterije bi trebale imati optimalno malo (ne više od 50%) napunjenosti, a također ih je potrebno izvaditi iz jedinica.
Ako litijeve baterije imaju zaštitnu ploču, tada nisu u opasnosti da se prepune.
Ugrađena zaštitna ploča prekida prekomjerni napon (više od 3,7 volta po ćeliji) tijekom punjenja i isključuje bateriju ako razina napunjenosti padne na minimum, obično 2,4 volta. Regulator punjenja detektira trenutak kada napon na bateriji dosegne 3,7 volti i odspaja punjač od baterije. Ovaj osnovni uređaj također prati temperaturu baterije kako bi spriječio pregrijavanje i prekomjernu struju. Zaštita se temelji na mikro krugu DV01-P. Nakon što regulator prekine strujni krug, njegovo ponovno uspostavljanje se automatski provodi kada se parametri normaliziraju.
Na čipu crveni indikator znači napunjenost, a zeleni ili plavi da je baterija napunjena.
Kako pravilno puniti litijske baterije
Poznati proizvođači li-ion baterije(primjerice, kao što je Sony) koriste princip punjenja u dvije ili tri faze u svojim punjačima, što može značajno produžiti trajanje baterije.
Na izlazu punjač ima napon od pet volti, a vrijednost struje kreće se od 0,5 do 1,0 nominalnog kapaciteta baterije (npr. za element kapaciteta 2200 miliamper sati struja punjača treba biti od 1,1 ampera.)
U početnoj fazi, nakon spajanja punjača za litijske baterije, vrijednost struje je od 0,2 do 1,0 nominalnog kapaciteta, dok je napon 4,1 volta (po ćeliji). U tim uvjetima baterije se pune 40 do 50 minuta.
Kako bi se postigla konstantna struja, strujni krug punjača mora biti u stanju podići napon na terminalima baterije, a u tom trenutku punjač za većinu litij-ionskih baterija djeluje kao konvencionalni regulator napona.
Važno! Ako je potrebno puniti litij-ionske baterije koje imaju ugrađenu zaštitnu ploču, tada napon otvorenog kruga ne smije biti veći od šest do sedam volti, inače će se pokvariti.
Kada napon dosegne 4,2 volta, kapacitet baterije će biti između 70 i 80 posto kapaciteta, što će signalizirati kraj početne faze punjenja.
Sljedeća faza se provodi ako postoji Istosmjerni napon.
Dodatne informacije. U nekim jedinicama za više brzo punjenje Koristi se pulsna metoda. Ako litij-ionska baterija ima grafitni sustav, tada moraju biti u skladu s ograničenjem napona od 4,1 volta po ćeliji. Ako se ovaj parametar prekorači, gustoća energije baterije će se povećati i pokrenuti oksidacijske reakcije, skraćujući životni vijek baterije. U moderni modeli baterije koriste posebne aditive koji vam omogućuju povećanje napona pri spajanju punjača za litij-ionske baterije na 4,2 volta plus/minus 0,05 volta.
U jednostavnim litijevim baterijama punjači održavaju razinu napona od 3,9 volti, što je za njih pouzdano jamstvo dugog vijeka trajanja.
Pri isporuci struje od 1 kapaciteta baterije, vrijeme za postizanje optimalno napunjene baterije bit će od 2 do 3 sata. Čim se punjenje napuni, napon dosegne graničnu normu, vrijednost struje brzo pada i ostaje na razini od nekoliko posto početne vrijednosti.
Ako se struja punjenja umjetno poveća, vrijeme korištenja punjača za napajanje litij-ionskih baterija teško će se smanjiti. U ovom slučaju, napon se u početku povećava brže, ali se istodobno povećava trajanje druge faze.
Neki punjači mogu u potpunosti napuniti bateriju za 60-70 minuta; tijekom takvog punjenja druga faza se eliminira, a baterija se može koristiti nakon početne faze (razina napunjenosti također će biti na 70 posto kapaciteta).
U trećoj i posljednjoj fazi punjenja provodi se kompenzacijsko punjenje. Ne provodi se svaki put, već samo jednom u 3 tjedna, pri skladištenju (nekorištenju) baterija. U uvjetima skladištenja baterije nemoguće je koristiti mlazni naboj, jer u ovom slučaju dolazi do metalizacije litija. Međutim, kratkotrajno punjenje strujom konstantnog napona pomaže u izbjegavanju gubitaka punjenja. Punjenje se zaustavlja kada napon dosegne 4,2 volta.
Metalizacija litija je opasna zbog ispuštanja kisika i naglog povećanja tlaka, što može dovesti do paljenja, pa čak i eksplozije.
DIY punjač baterija
Punjač za litij-ionske baterije je jeftin, ali ako imate malo znanja o elektronici, možete ga napraviti sami. Ako nema točnih podataka o podrijetlu elemenata baterije i postoje sumnje u točnost mjernih instrumenata, trebali biste postaviti prag napunjenosti u području od 4,1 do 4,15 volti. To je osobito istinito ako baterija nema zaštitnu ploču.
Da biste vlastitim rukama sastavili punjač za litijske baterije, dovoljan je jedan pojednostavljeni krug, od kojih je mnogo slobodno dostupnih na Internetu.
Za indikator možete koristiti LED tipku za punjenje, koja svijetli kada je napunjenost baterije značajno smanjena i gasi se kada se isprazni na "nulu".
Punjač se sastavlja sljedećim redoslijedom:
- nalazi se odgovarajuće kućište;
- montirano je napajanje od pet volti i drugi dijelovi kruga (strogo slijedite redoslijed!);
- par mjedenih traka je izrezan i pričvršćen na rupe utičnice;
- pomoću matice određuje se udaljenost između kontakata i spojene baterije;
- Ugrađen je prekidač za promjenu polariteta (opcija).
Ako je zadatak sastaviti punjač za baterije 18650 vlastitim rukama, tada će biti potreban složeniji krug i više tehničkih vještina.
Sve litij-ionske baterije zahtijevaju ponovno punjenje s vremena na vrijeme, međutim treba izbjegavati prekomjerno punjenje kao i potpuno pražnjenje. Održavanje funkcionalnosti baterija i održavanje njihove radne sposobnosti dulje vrijeme moguće je uz pomoć posebnih punjača. Preporučljivo je koristiti originalne punjače, ali ih možete sami sastaviti.
Video
Sastavljamo jednostavan punjač za litij-ionske baterije, praktički iz smeća.
nakupila sam se veliki broj baterije iz baterija za prijenosna računala, format 18650. Razmišljajući o tome kako ih napuniti, odlučio sam se ne zamarati kineskim modulima, a do tada mi ih je ponestalo. Odlučio sam spojiti dvije sheme. Senzor struje i BMS ploča iz baterije mobilnog telefona. Provjereno u praksi. Iako je shema primitivna, radi uspješno, niti jedna baterija nije oštećena.
Krug punjača
Materijali i alati
- USB kabel;
- krokodili;
- BMS zaštitna ploča;
- plastično jaje od kindera;
- dvije LED diode različitih boja;
- tranzistor kt361;
- otpornici od 470 i 22 ohma;
- otpornik od dva vata 2,2 ohma;
- jedna dioda IN4148;
- alata.
Izrada punjača
Rastavljamo USB kabel i uklanjamo konektor. Dobio sam ga s nekog iPada.
Lemimo žice na krokodile.
Odvagnemo duboki dio plastičnog kindera; M6 maticu sam napunio vrućim ljepilom.
Lemimo naš jednostavni krug. Sve je izvedeno površinskom montažom i zalemljeno na BMS pločicu. Koristio sam dvostruku LED diodu, ali možete koristiti dvije jednobojne. Tranzistor je ispao iz stare sovjetske radio opreme.
Žice provlačimo u rupu u drugoj, plitkoj polovici plastičnog kindera. Zalemi strujni krug.
Sve kompaktno trpamo u plastično jaje. Izrađujemo rupu za LED.
Poveži se s USB priključak PC ili kineski punjač, još uvijek imaju malu struju.
Svijetli narančasto tijekom punjenja. Oni. svijetle obje LED diode.
Kada je punjenje završeno, svijetli zelena lampica, ona spojena preko IN4148 diode.
Možete provjeriti strujni krug tako da ga odvojite od baterije; zelena LED će zasvijetliti, označavajući kraj punjenja.
Napredak ide naprijed, a litijeve baterije sve više zamjenjuju tradicionalno korištene NiCd (nikl-kadmijeve) i NiMh (nikl-metal-hidridne) baterije.
Uz usporedivu težinu jednog elementa, litij ima veći kapacitet, osim toga, napon elementa je tri puta veći - 3,6 V po elementu, umjesto 1,2 V.
Cijena litijevih baterija počela se približavati konvencionalnim alkalnim baterijama, njihova težina i veličina su mnogo manje, a osim toga, mogu se i trebaju puniti. Proizvođač kaže da mogu izdržati 300-600 ciklusa.
Postoje različite veličine i nije teško odabrati pravu.
Samopražnjenje je toliko nisko da stoje godinama i ostaju napunjeni, tj. Uređaj ostaje operativan kada je to potrebno.
"C" označava kapacitet
Često se nalazi oznaka poput "xC". Ovo je jednostavno prikladna oznaka struje punjenja ili pražnjenja baterije s udjelima njenog kapaciteta. Potječe od engleske riječi “Capacity” (kapacitet, kapacitet).Kada govore o punjenju strujom od 2C, odnosno 0,1C, obično misle da struja treba biti (2 × kapacitet baterije)/h odnosno (0,1 × kapacitet baterije)/h.
Na primjer, baterija kapaciteta 720 mAh, za koju je struja punjenja 0,5 C, mora se puniti strujom od 0,5 × 720 mAh / h = 360 mA, to vrijedi i za pražnjenje.
Jednostavan ili ne baš jednostavan punjač možete napraviti sami, ovisno o vašem iskustvu i mogućnostima.
Dijagram strujnog kruga jednostavnog punjača LM317
Riža. 5.
Aplikacijski krug osigurava prilično točnu stabilizaciju napona, koja se postavlja potenciometrom R2.
Stabilizacija struje nije tako kritična kao stabilizacija napona, tako da je dovoljno stabilizirati struju pomoću shunt otpornika Rx i NPN tranzistora (VT1).
Potrebna struja punjenja za određenu litij-ionsku (Li-Ion) i litij-polimersku (Li-Pol) bateriju odabire se promjenom Rx otpora.
Otpor Rx približno odgovara sljedećem omjeru: 0,95/Imax.
Vrijednost otpornika Rx navedena na dijagramu odgovara struji od 200 mA, ovo je približna vrijednost, također ovisi o tranzistoru.
Potrebno je osigurati radijator ovisno o struji punjenja i ulaznom naponu.
Ulazni napon mora biti najmanje 3 volta viši od napona baterije normalna operacija stabilizator, što je za jednu limenku? 7-9 V.
Dijagram strujnog kruga jednostavnog punjača na LTC4054
Riža. 6.
LTC4054 regulator punjenja možete odlemiti od starog mobitel, na primjer, Samsung (C100, C110, X100, E700, E800, E820, P100, P510).
Riža. 7. Ovaj mali čip s 5 nogu označen je "LTH7" ili "LTADY"
Neću ulaziti u najsitnije detalje rada s mikro krugom, sve je u podatkovnoj tablici. Opisat ću samo najnužnije karakteristike.
Struja punjenja do 800 mA.
Optimalni napon napajanja je od 4,3 do 6 volti.
Indikacija napunjenosti.
Izlazna zaštita od kratkog spoja.
Zaštita od pregrijavanja (smanjenje struje punjenja na temperaturama iznad 120°).
Ne puni bateriju kada je njen napon ispod 2,9 V.
Struja punjenja postavlja se otpornikom između petog terminala mikro kruga i mase prema formuli
I=1000/R,
gdje je I struja punjenja u Amperima, R je otpor otpornika u Ohmima.
Indikator prazne litijske baterije
Ovdje jednostavan sklop, koji svijetli LED kada je baterija niska, a njen preostali napon blizu kritičnog.
Riža. 8.
Bilo koji tranzistori male snage. Napon paljenja LED-a odabire se razdjelnikom iz otpornika R2 i R3. Bolje je spojiti krug nakon zaštitne jedinice kako LED ne bi potpuno ispraznio bateriju.
Nijansa trajnosti
Proizvođač obično navodi 300 ciklusa, ali ako punite litij samo 0,1 V manje, na 4,10 V, tada se broj ciklusa povećava na 600 ili čak i više.Rad i mjere opreza
Sa sigurnošću se može reći da su litij-polimer baterije "najdelikatnije" baterije koje postoje, odnosno zahtijevaju obvezno poštivanje nekoliko jednostavnih, ali obveznih pravila, čije nepoštivanje može uzrokovati probleme.1. Nije dopušteno punjenje do napona većeg od 4,20 V po staklenci.
2. Nije dopušteno kratki spoj baterija
3. Nije dopušteno pražnjenje strujama koje prelaze kapacitet opterećenja ili zagrijavanje baterije iznad 60°C. 4. Pražnjenje ispod napona od 3,00 volta po posudi je štetno.
5. Zagrijavanje baterije iznad 60°C je štetno. 6. Depresurizacija baterije je štetna.
7. Skladištenje u ispražnjenom stanju je štetno.
Nepoštivanje prve tri točke dovodi do požara, ostalo - do potpunog ili djelomičnog gubitka kapaciteta.
Iz prakse dugogodišnjeg korištenja mogu reći da se kapacitet baterije malo mijenja, ali raste unutarnji otpor i baterija počinje raditi kraće pri visokoj potrošnji struje - čini se da je kapacitet pao.
Iz tog razloga obično ugradim veću posudu, koliko to dimenzije uređaja dopuštaju, a i stare limenke stare desetak godina sasvim dobro rade.
Za ne baš velike struje prikladne su stare baterije mobitela.
Od stare baterije prijenosnog računala možete dobiti puno savršeno radnih baterija 18650.
Gdje mogu koristiti litijeve baterije?
Davno sam svoj odvijač i električni odvijač pretvorio u litijeve. Ne koristim te alate redovito. Sada, čak i nakon godinu dana nekorištenja, rade bez punjenja!Male baterije sam stavljao u dječje igračke, satove i sl., gdje su tvornički ugrađene 2-3 “gumbaste” ćelije. Tamo gdje je potrebno točno 3V, dodam jednu diodu u seriju i radi kako treba.
Stavio sam ih u LED svjetiljke.
Umjesto skupe Krone 9V malog kapaciteta, ugradio sam 2 limenke u tester i zaboravio na sve probleme i dodatne troškove.
Općenito, stavljam ga gdje god mogu, umjesto baterija.
Gdje mogu kupiti litij i srodne alate
Za prodaju. Na istoj poveznici pronaći ćete module za punjenje i druge korisne artikle za DIY majstore.Kinezi inače lažu o kapacitetu i on je manji nego što piše.
Pošteni Sanyo 18650
Možete se upoznati s krugom punjača koji je savršen za litij Li-Ion baterije.
Isprva je njegov autor želio predstaviti jednostavnu verziju na čipu lm317, ali u ovom slučaju punjenje mora biti napajano iz napona većeg od 5 volti. Razlog je taj što razlika između ulaznog i izlaznog napona mikro kruga lm317 mora biti najmanje 2 volta. Napon napunjene litij-ionske baterije je približno 4,2 volta. Stoga je razlika napona manja od 1 volta. A to znači da možemo smisliti drugo rješenje.
Na AliExpressu možete kupiti specijaliziranu ploču za punjenje litijskih baterija, koja košta oko dolar. Da, to je istina, ali zašto kupovati nešto što se može napraviti u par minuta. Štoviše, potrebno je mjesec dana dok ne primite narudžbu. Ali ako se odlučite kupiti već gotovu pa je možete odmah koristiti, kupite je u ovoj kineskoj trgovini. U pretraživanju trgovine unesite: TP4056 1A
Najjednostavnija shema
Danas ćemo pogledati opcije za UDB punjač za litijeve baterije koje svatko može replicirati. Shema je najjednostavnija koja se može sjetiti.
Riješenje
Ovo je hibridni sklop gdje postoji stabilizacija napona i ograničenje struje punjenja baterije.
Opis postupka punjenja
Stabilizacija napona temelji se na prilično popularnom mikro krugu podesive zener diode tl431. Tranzistor kao pojačalo. Struja punjenja postavlja se otpornikom R1 i ovisi samo o parametrima baterije koja se puni. Ovaj otpornik se preporučuje sa snagom od 1 W. A svi ostali otpornici su 0,25 ili 0,125 W.
Kao što znamo, napon jedne limenke potpuno napunjene litij-ionske baterije je oko 4,2 volta. Dakle, na izlazu punjača moramo postaviti točno ovaj napon, koji se postavlja izborom otpornika R2 i R3. Ima mnogo online programi izračunavanjem stabilizacijskog napona mikrosklopa tl431.
Za najtočnije podešavanje izlaznog napona, preporučuje se zamijeniti otpornik R2 s višestrukim otporom od oko 10 kilo-ohma. Usput, takvo rješenje je moguće. Koristimo LED kao indikator napunjenosti; gotovo bilo koji LED, boja po vašem ukusu, poslužit će.
Cijela postavka se svodi na postavljanje izlaznog napona na 4,2 volta.
Nekoliko riječi o tl431 zener diodi. Ovo je vrlo popularan mikro krug, nemojte ga brkati s tranzistorima u sličnom paketu. Ovaj mikro krug nalazi se u gotovo svakom pulsni blok napajanje, na primjer računalo, gdje se mikro krug najčešće nalazi u kabelskom snopu.
Tranzistor snage nije kritičan, prikladan je bilo koji tranzistor obrnute vodljivosti srednje ili velike snage, na primjer, od sovjetskih, KT819, KT805 su prikladni. Od manje moćnih KT815, KT817 i bilo kojih drugih tranzistora sličnih parametara.
Za koje baterije je uređaj prikladan?
Krug je dizajniran za punjenje samo jedne limenke litijska baterija. Možete puniti standardne 18 650 baterije i druge baterije, samo trebate podesiti odgovarajući napon na izlazu punjača.
Ako iznenada iz nekog razloga krug ne radi, provjerite prisutnost napona na kontrolnoj iglici mikro kruga. Mora biti najmanje 2,5 volta. Ovo je minimalni radni napon za vanjski izvor referentni napon mikrosklopa. Iako postoje verzije u kojima je minimalni radni napon 3 volta.
Također je preporučljivo izraditi mali ispitni uređaj za navedeni čip kako bi se provjerila njegova funkcionalnost prije lemljenja. I nakon montaže pažljivo provjeravamo instalaciju.
U drugoj publikaciji postoji materijal o poboljšanju.