Платы защиты литиевых аккумуляторов – Схемы самодельных зарядок для литий-ионных аккумуляторов (18650, 14500 li-ion), как правильно заряжать литий-полимерные АКБ

Содержание

Защита литий-ионных аккумуляторов (контроллер защиты Li-ion)

Защита литий-ионных аккумуляторов (Li-ion). Я думаю, что многие из вас знают, что, например, внутри аккумулятора от мобильного телефона имеется ещё и схема защиты (контроллер защиты), которая следит за тем, чтобы аккумулятор (ячейка, банка, итд…) не был перезаряжен выше напряжения 4.2 В, либо разряжен меньше 2…3 В. Также схема защиты спасает от коротких замыканий, отключая саму банку от потребителя в момент короткого замыкания. Когда аккумулятор исчерпывает свой срок службы, из него можно достать плату контроллера защиты, а сам аккумулятор выбросить. Плата защиты может пригодиться для ремонта другого аккумулятора, для защиты банки (у которой нету схем защиты), либо же просто можно подключить плату к блоку питания, и поэкспериментировать с ней. 

У меня имелось много плат защиты от пришедших в негодность аккумуляторов. Но поиск в инете по маркировкам микросхем ничего не давал, словно микросхемы засекречены. В инете находилась документация только на сборки полевых транзисторов, которые имеются в составе плат защиты. Давайте посмотрим на устройство типичной схемы защиты литий-ионного аккумулятора. Ниже представлена плата контроллера защиты, собранная на микросхеме контроллера с обозначением VC87, и транзисторной сборке 8814 (даташит тут):

На фото мы видим: 1 — контроллер защиты (сердце всей схемы), 2 — сборка из двух полевых транзисторов (о них напишу ниже), 3 — резистор задающий ток срабатывания защиты (например при КЗ), 4 — конденсатор по питанию, 5 — резистор (на питание микросхемы-контроллера), 6 – терморезистор (стоит на некоторых платах, для контроля температуры аккумулятора).

Вот ещё один вариант контроллера (на этой плате терморезистор отсутствует), собран он на микросхеме с обозначением G2JH, и на транзисторной сборке 8205A (даташит тут):

Два полевых транзистора нужны для того, чтобы можно было отдельно управлять защитой при заряде (Charge) и защитой при разряде (Discharge) аккумулятора. Даташиты на транзисторы находились практически всегда, а вот на микросхемы контроллеров – ни в какую!! И на днях вдруг я наткнулся на один интересный даташит на какой-то контроллер защиты литий-ионного аккумулятора (даташит тут). 

И тут, откуда не возьмись, явилось чудо — сравнив схему из даташита со своими платами защиты, я понял: Схемы совпадают, это одно и то же, микросхемы-клоны! Прочитав даташит, можно применять подобные контроллеры в своих самоделках, а поменяв номинал резистора, можно увеличить допустимый ток, который может отдать контроллер до срабатывания защиты. 

© Zlodey, г.Вельск, Октябрь 2013 г.

radioskot.ru

Платы, балансировки литиевых аккумуляторов — сборка и система расположения

Общим свойством всех литиевых аккумуляторов является нетерпимость к перезаряду и глубокой посадке напряжения. Есть около 10 разновидностей литий-ионных и полимерных аккумуляторов с использованием разных составов активных составляющих. Все они отличаются рабочим диапазоном по напряжению, но требовательны к соблюдению границ. Платы – это электрические схемы, внедренные в цепь для поддержания нужных параметров, отключения литиевых аккумулятора в случаях его неисправности. Для зарядки, балансировки, контроля разряда и защиты литиевых аккумуляторов составляются отдельные или совмещенные платы, которые выполняются на твердой подложке.

Балансировочная плата для литиевых аккумуляторов

Зачем нужен балансир при зарядке батареи? При последовательном соединении нескольких банок напряжение суммируется, и емкость батареи будет равна самой низкой, из всех элементов.

Чтобы не допустить перезаряда «ленивой» банки, ее нужно отключить от питания, как только на ней будет достигнуто зарядное напряжение. Это позволит другим элементам продолжить зарядку. Для выполнения контроля за равномерным зарядом служит балансир. Он должен быть включен в цепь с последовательным соединением элементов. Для параллельного соединения балансир не нужен, там уровень заряда распределяется равномерно, как в сообщающихся сосудах.

Плата балансира может быть выполнена отдельно или входить в общий защитный контур MBS для литиевых аккумуляторов. Называется сборка балансировочным шлейфом.

Целью внедрения схемы является недопущение перезаряда отдельных элементов. Если используется один и защищенный аккумулятор, в нем предусмотрен блок от перезаряда.

Плата защиты литиевого аккумулятора

Литиевые аккумуляторы при перезарядке, нагревании могут загореться или взорваться. При проседании напряжения возникают трудности с зарядкой. Каждый случай нарушения режима ведет к безвозвратной потере емкости банки. Поэтому любая сборка из литиевых аккумуляторов содержит защитную плату.

Если используются незащищенные элементы, контроллер заряда-разряда устанавливается непременно. РСВ-плата предусмотрена , как обязательный элемент во всех аккумуляторов для бытовых приборов.

РСВ –платы и РСМ-модули не являются контроллерами, они не регулируют ток и напряжение. Их задача – разорвать цепь, если случилось короткое замыкание, перегрев. Модули допускают разряд до 2,5 В, что опасно. Все модули защиты китайские, продукция выпускается миллионами и вряд ли тестируется каждая микросхема. Это не полноценная защита, аварийная.

Для защиты используют платы заряда и защиты MBS, подбираемые по удвоенной токовой нагрузке, со встроенным балансиром. Платы зарядки и защиты литиевых аккумуляторов представляют контроллеры, которые обеспечивают 2 этапа процесса и обеспечивают нужные параметры. Непременным условием второго этапа зарядки является отключение питания при достижении максимального рабочего напряжения литиевого аккумулятора.

Схемы плат защиты литиевого аккумулятора

Все литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы и собранные батареи должны иметь защиту. Чтобы провести зарядку в 2 этапа, необходимо обеспечить последовательно режим постоянного тока, постоянного напряжения. Используются в сборке РСМ или MBS платы.

Собрать самостоятельно или купить готовые платы для подключения, выбирать вам. Для зарядки литиевых аккумуляторов специалисты используют китайские изделия. Их заказывают на AliExpress, с бесплатной доставкой.

LM317

Простое зарядное устройство, стабилизатор тока.

Настройка заключается в создании напряжения 4,2 В подстройкой резисторов R4, R6. Сопротивление R8 является подстроечным сопротивлением. Погасший светодиод известит об окончании процесса. Недостатком этого устройства считают невозможность запитки от порта USB. Высокое напряжение питания 8-12 В, условие работы этого ЗУ.

ТР4056

Специалисты предлагают, для зарядки литиевого аккумулятора воспользоваться китайской платой ТП4056, с защитой от переплюсовки батарей или без. Купить ее можно на АлиЭкспресс, стоимость единицы обходится примерно в 30 центов.

Максимальный ток в 1 А регулируется заменой резистора R3. Напряжение 5 А, имеется индикатор зарядки.

Этапы контроля:

  • постоянно, напряжение на аккумуляторе;
  • предзарядка, если на клеммах меньше 2,9В;
  • максимальный постоянный ток 1 А, при замене резистора, увеличении сопротивления, ток падает;
  • при напряжении 4,2 В начинается плавное снижение зарядного тока при постоянном напряжении;
  • При токе 0,1С зарядка отключается.

Специалисты советуют покупать плату с защитой или выведенным контактом для температурного датчика.

NCP1835

Зарядная плата обеспечивает высокую стабильность зарядного напряжения при миниатюрном размере платы – 3х3 мм. Этим устройством обеспечивается зарядка литиевых аккумуляторов всех видов и размеров.

Особенности:

  • малое количество элементов;
  • заряжает сильно разряженные аккумуляторы током около 30 мА;
  • детектирует незаряжаемые батарейки, подает сигнал;
  • можно задать время заряда от 6 до 748 минут.

Видео

Посмотрите на видео полный обзор платы заряда ТП4056

batts.pro

cxema.org — Плата защиты LI-ION аккумуляторов

Плата защиты LI-ION аккумуляторов


На сегодняшний день литий ионные аккумуляторы являются самыми эффективными аккумуляторами. Они компактные, имеют большую энергоемкость, лишены эффекта памяти. При всех достоинствах у них имеется один существенный недостаток, их работу и процесс заряда нужно тщательно контролировать. Если аккумулятор разрядится ниже некоторого предела или перезарядить, он быстро теряет свои свойства, вздуться и даже взорваться. Тоже самое и в случае перегрузки и коротких замыканиях — нагрев, образование газов и в итоге взрыв.


Некоторые литий ионных аккумуляторы снабжены предохранительным клапаном, который не даст аккумулятору взорваться, но большая часть мощных полимерных аккумуляторов таких клапанов не имеют. 


Другими словами, при эксплуатации литий ионных аккумуляторов требуется система их защиты. 


Многие наверняка заметили маленькие платы в аккумуляторах мобильных телефонов, вот как раз эта плата и является защитой. Защищает она от глубкого разряда, от перезаряда и от коротких замыканий или перегрузок по току.   


Схема этой защиты очень простая, на плате находиться пара микросхем с мелочевкой.


За всеми процессами следит микросхема DW01. Вторая микросхема — это сборка из двух полевых транзисторов. Первый транзистор контролирует процесс разряда, второй отвечает за заряд батареи.


Во время разряда микросхема следит за падением напряжения на переходах полевых ключей, если оно доходит до критической величины (150-200мВ), микросхема закрывает транзисторы, отключая батарею от нагрузки. Работа схемы восстанавливается менее чем за секунду после того, после снятия нагрузки.


Падение напряжение на переходах транзисторов микросхема отслеживает через второй вывод. 


В зависимости от емкости аккумулятора эти контроллеры могут кардинально отличаться внешним видом, током короткого замыкания и топологией схемы, но функция у них всегда одинаковая — защищать аккумулятор от перезаряда, глубокого разряда и перегрузки по току. Многие контроллеры также обеспечивают защиту от перегрева банки, контроль температуры осуществляется термодатчиком. 


У меня скопилось очень много плат защиты от аккумуляторов мобильных телефонов и как раз для одного моего проекта в котором задействован литий ионный аккумулятор понадобилась система защиты. Проблема в том, что эти платы рассчитаны на максимальный ток в 1Ампер, а мне нужна была плата с током минимум 6-7 Ампер. Платы с нужным для моих целей током стоят меньше пол доллара, но ждать месяц-другой я не мог. Осмотрев китайские платы на алиэкспресс я понял, что они не многим отличаются от моих. Схематика та же, только ток защиты побольше за счёт параллельного включения силовых транзисторов.  


При параллельном соединении полевых транзисторов, сопротивление их каналов будет значительно меньше, поэтому падение напряжения на них будет меньше, а ток срабатывания защиты будет больше. Параллельное соединение ключей даст возможность коммутировать большие токи, чем больше ключей , тем больше общий ток коммутации. 


В схеме применены стандартные сборки из двух полевиков в одном корпусе. Их часто применяют на платах защиты аккумуляторов смартфонов и не только.


Сборки 8205А имеют очень много аналогов, как и микросхемы контроля DW01. 


После сборки платы я протестировал её. Получилось именно то, что мне нужно для проекта:


  • Плата заряжает аккумулятор до напряжения 4,2В и отключает его от зарядного устройства;

  • При разряде аккумулятора ниже 2,5В аккумулятор отключился от нагрузки;

  • При токах выше 12-13 Ампер аккумулятор отключается.


Литий ионные аккумуляторы имеют малый саморазряд, но аккумулятор дополненный такой платой будет разряжаться быстрее, чем аккумулятор без защиты. Ток потребления схемы защиты мизерный, и составляет около 2,5 МИКРОампер. 


Подробнее о работе платы защиты


{youtube}lXKELGFo79o{/youtube}


Собираем мощную плату контроля


{youtube}_w-AUCG4k_0{/youtube}  


Плата защиты для одной банки LI-ION http://ali.pub/28463y


Плата защиты для двух банок http://ali.pub/284681


Для трех банок http://ali.pub/28464x


Иные платы защиты http://ali.pub/2846eg


Платы защиты с функцией балансировки банок http://ali.pub/28463d


Контроллер DW01 http://ali.pub/284627


Купить электронную нагрузку http://ali.pub/28ncwt


Печатная платы 


С уважением — АКА КАСЬЯН

  • < Назад
  • Вперёд >

vip-cxema.org

Плата защиты Li-ion вместо зарядного устройства?

На форумах частенько советуют использовать плату защиты от какого-либо литиевого аккумулятора (или, как ее еще называют, PCB-модуль) в качестве ограничителя заряда. То есть сделать зарядное устройство для литий-ионного аккумулятора из платы защиты.

Логика такова: по мере заряда напряжение на Li-ion аккумуляторе возрастает и как только оно достигнет определенного уровня, плата защиты сработает и прекратит зарядку.

Этот принцип, например, применен в схеме зарядки для фонарика, которая то и дело всплывает в интернетах:

На первый взгляд данное решение выглядит вполне логично, не так ли? Но если копнуть немного глубже, то оказывается минусов гораздо больше, чем плюсов.

Мы не будем заострять внимание на том, что в качестве источника зачем-то выбран 8-вольтовый блок питания. Уверен, это сделано для того, чтобы на R1 рассеивалось целых 10 Вт мощности. Резистор будет греть вашу квартиру долгими зимними вечерами.

Вместо этого присмотримся к значению порогового напряжения, при котором срабатывает защита от перезаряда. Элементом, задающим этот порог, является специализированная микросхема.

Первый минус

В платах защиты применяют микросхемы разных типов (подробнее об этом читайте в этой статье), наиболее распространенные из них представлены в таблице:

МикросхемаDW01-P628-8241ABPM-G,
628-8242BACT,
628-8254AAJ-G
628-8244AAA-GAAT8660A,
AAT8660F
FS326E
Порог срабатывания
защиты от перезаряда, В
4.250±0.054.3504.454.325±0.0504.30±0.04
МикросхемаAAT8660B,
AAT8660G,
SA57608Y,
SA57608D
AAT8660C,
AAT8660H,
AAT8660I
AAT8660D,
AAT8660E,
AAT8660J
FS326A,
FS326C
FS326B,
R5421N112C,
R5421N152F
Порог срабатывания
защиты от перезаряда, В
4.350±0.0504.300±0.0504.280±0.0504.325±0.0254.350±0.025
МикросхемаFS326DLV51140T,
R5421N111C,
R5421N151F
SA57608B,
SA57608G
SA57608CSA57608E
Порог срабатывания
защиты от перезаряда, В
4.300±0.0254.250±0.0254.280±0.0254.295±0.0254.275±0.025

Нормальным значением, до которого заряжают литий-ионный аккумулятор является 4.2 Вольта. Однако, как можно видеть из таблицы, большинство микросхем заточены под несколько… эээ… завышенное напряжение.

Это объясняется тем, что платы защиты рассчитаны на срабатывание при возникновении аварийной ситуации для предотвращения закритических режимов работы аккумулятора. Таких ситуаций при нормальной эксплуатации батарей вообще быть не должно.

Редкие перезаряды литиевого аккумулятора до напряжения, например, 4.35В (микросхема SA57608D), наверное, не приведут к каким-либо фатальным последствиям, но это не означает, что так будет всегда. Кто знает, в какой момент это приведет к выделению металлического лития из гелевого электролита, ведущего к неизбежному замыканию электродов и выходу аккумулятора из строя?

Уже одного этого обстоятельства достаточно чтобы отказаться от использования плат защиты в качестве контроллера зарядного устройства. Но если вам этого мало, читайте дальше.

Второй минус

Второй момент, на который обычно мало кто обращает внимание — это кривая заряда Li-ion аккумуляторов. Давайте освежим ее в памяти. На графике ниже показан классический профиль заряда CC/CV, что расшифровывается как Constant Current / Constant Voltage (постоянный ток/постоянное напряжение). Такой способ заряда уже стал стандартом и большинство нормальных зарядных устройств старается его обеспечивать.

Если внимательно посмотреть на график, то можно заметить, что при напряжении на аккумуляторе в 4.2В, он еще не набрал свою полную емкость.

В нашем примере, максимальная емкость аккумулятора равна 2.1А/ч. В тот момент, когда напряжение на нем станет равным 4.2 Вольта, он оказывается заряжен всего лишь до 1.82 А/ч, что составляет 87% от своей макс. емкости.

И именно в этот момент плата защиты сработает и прекратит зарядку.

Даже если ваша плата сработывает при 4.35V (предположим, она собрана на микросхеме 628-8242BACT), это не изменит ситуацию коренным образом. Из-за того, что ближе к окончанию зарядки напряжение на аккумуляторе начинает возрастать очень быстро, разница в набранной емкости при 4.2В и 4.35В едва ли составит более нескольких процентов. А при использовании такой платы вы еще и сокращаете срок службы аккумулятора.

Выводы

Итак, резюмируя все вышесказанное, можно смело утверждать, что применять платы защиты (PCM-модули) вместо зарядки для литиевых аккумуляторов крайне нежелательно.

Во-первых, это приводит к постоянному превышению пределельно допустимого напряжения на аккумуляторе и, соответственно, снижению срока его службы.

Во-вторых, из-за особенностей процесса зарядки li-ion, применение платы защиты в качестве контроллера заряда не позволит использовать полную емкость литий-ионного аккумулятора. Заплатив за аккумуляторы емкостью 3400 мА/ч, вы сможете использовать не более 2950 мА/ч.

Для полноценной и безопасной зарядки литиевых аккумуляторов лучше всего применять специализированные микросхемы. Наиболее популярной на сегодняшний день является TP4056. Но с этой микросхемой нужно быть осторожным, она не имеет защиты от дурака переполюсовки.

Схема зарядного устройства на микросхеме TP4056, а также другие проверенные схемы зарядников для Li-ion аккумуляторов мы рассматривали в этой статье.

Пользуйтесь литиевыми аккумуляторами правильно, не нарушайте рекомендованные производителем режимы заряда и они выдержат не менее 800 циклов заряд/разряд.

Помните, что даже при самой идеальной эксплуатации, литий-ионные аккумуляторы подвержены деградации (необратимой потери емкости). Также они имеют довольно большой саморазряд, равный примерно 10% в месяц.

electro-shema.ru

Плата защиты аккумуляторной батареи или как переделать батарею шуруповерта

Так как я довольно часто делал обзоры аккумуляторов, а также упоминал о переделке аккумуляторного инструмента, то в личке меня часто спрашивают о тех или иных нюансах переделок.
Спрашивают разные люди и вопросы часто примерно одинаковы, потому я решил сделать небольшой обзор и одновременно ответить на некоторые общие вопросы, связанные с выбором комплектующих и переделкой батарей.

Возможно кому нибудь обзор покажется неполным, так как переделке подверглась только сама батарея, но не волнуйтесь, я планирую сделать вторую часть обзора, где попробую ответить на вопросы по переделке зарядного устройства. А заодно хотелось бы узнать, как считает общественность, что лучше — универсальная плата совмещенная с БП, плата сама по себе, платы DC-DC или другие варианты.

Шуруповерты, да и просто любой другой аккумуляторный инструмент, производится уже довольно много лет. Потому на руках у пользователей накопилась довольно большая масса как старых батарей, так и лежащего иногда мертвым грузом инструмента.
Путей решения данной проблемы несколько:
1. Просто ремонт батареи, т.е. замена старых элементов на новые.
2. Переделка с аккумуляторного питания на сетевое, вплоть до установки БП в аккумуляторный отсек.
3. Замена Никель-кадмиевых и Никель-Металл гидридных на Литиевые.

В качестве небольшого отступления, иногда смысла переделывать/ремонтировать просто нет. Например если у вас совсем дешевый шуруповерт, купленный на мегараспродаже за 5 баксов, то вас может несколько удивить, что стоимость переделки выйдет как несколько таких шуруповертов (я утрирую). Потому надо сначала для себя прикинуть плюсы/минусы от переделки и ее целесооразность, иногда проще купить второй инструмент.

Первый вариант наверняка многие уже проходили, как впрочем и я. Он дает результат, хотя в случае фирменного инструмента часто хуже, чем был изначально. По цене выходит немного дешевле, по трудоемкости проще и значительно.

Второй вариант также имеет право на жизнь, особенно если работа происходит дома и неохота тратиться на замену аккумуляторов.

Третий вариант самый трудоемкий, но позволяет существенно улучшить эксплуатационные характеристики инструмента. Это и увеличение емкости аккумулятора и отсутствие «эффекта памяти», а иногда и увеличение мощности.
Но кроме трудоемкости появляется побочный эффект, литиевые аккумуляторы немного хуже работают на морозе. Хотя при условии, что многие фирмы без проблем производят такой инструмент, то я считаю, что иногда проблема преувеличена, хотя и справедлива.

Батареи имеют разную конструкцию, хотя в общем они имеют много общего, потому я буду рассказывать, а заодно и показывать на примере одного из представителей такой категории, шуруповерта Bosch PSR 12 VE-2. Этот шуруповерт моего товарища, он же и выступил «спонсором» обзора, предоставив для переделки сам шуруповерт, аккумуляторы, плату защиты и расходники.
Шуруповерт довольно неплохой, имеется блокировка шпинделя, две скорости, потому переделывать имеет смысл.

Плата защиты аккумуляторной батареи или как переделать батарею шуруповерта
Так получилось, что аккумуляторных блоков было даже три, но переделывать будем один, еще один оставлю для другого обзора 🙂Плата защиты аккумуляторной батареи или как переделать батарею шуруповерта
Кстати, аккумуляторы разные, но оба на 12 Вольт, емкость 1.2Ач, соответственно 14.4 Втч.Плата защиты аккумуляторной батареи или как переделать батарею шуруповерта
Разбираются аккумуляторные блоки по разному, но чаще всего корпус скручен при помощи нескольких саморезов. Хотя мне попадались варианты как на защелках, так и склеенные.Плата защиты аккумуляторной батареи или как переделать батарею шуруповерта
В любом случае внутри вы увидите примерно такую картину. В данном случае сборка из 10 никель-кадмиевых аккумуляторов, причем обычно применяются аккумуляторы одного типоразмера, но вот их укладка может иногда отличаться. На фото один из распространенных вариантов, 9 штук внизу и один в вертикальной части.Плата защиты аккумуляторной батареи или как переделать батарею шуруповерта
Первым делом предстоит выбор аккумуляторов для замены.

В электроинструменте применяются аккумуляторы, рассчитанные на большой разрядный ток.
Я не так давно делал обзор разных аккумуляторов, в конце которого привел табличку, которая может помочь в этом вопросе, но если не уверены, то просто найдите документацию по аккумуляторам, которые планируете купить. Благо у фирменных аккумуляторов обычно с этим проблем нет.

Плата защиты аккумуляторной батареи или как переделать батарею шуруповерта
Например я рекомендую такие типы:
Для мощного электроинструмента — Samsung INR18650-25R, US18650VTC4, Liitokala INR26650-50A
Для инструмента средней мощности — LGDBHG21865, LGDBHE41865, Samsung INR18650-30Q

Следует помнить, что часто заявленная емкость аккумулятора обратно пропорциональна максимально отдаваемому току. Т.е. чем на больший ток рассчитан аккумулятор, тем у него меньше емкость. Пример конечно довольно условный, но очень близок к реальности. Например очень емкие аккумуляторы Panasonic NCR18650B для электроинструмента не подходят, так как их максимальный ток всего 6.8 Ампера, шуруповерт же потребляет 15-40 Ампер.

Плата защиты аккумуляторной батареи или как переделать батарею шуруповерта
А теперь что нельзя применять:
Аккумуляторы показанные на фото ниже, а также всякие Ультрафайр, Мегафайр, а также любые 18650 с заявленной емкостью 100500мАч.
Кроме того я категорически не рекомендую применять старые аккумуляторы от батарей ноутбуков. Во первых, они не рассчитаны на такой ток, во вторых, они скорее всего будут иметь большой разброс характеристик. Причем не только по емкости, а и по внутреннему сопротивлению. Лучше примените их где нибудь в другом месте, например в ПоверБанке для заряда вашего смартфона.Плата защиты аккумуляторной батареи или как переделать батарею шуруповерта
Альтернативный вариант, модельные батареи, например для катеров, квадракоптеров, машин и т.п.
Применять вполне можно, но я бы предпочел привычные 18650 или 26650 и виду наличия прочного корпуса, а также более реальной замены в будущем. 18650 и 26650 купить легко, а модельные могут убрать из продажи, заменив их батареями другого формфактора.
Но кроме всего прочего следует помнить, что нельзя применять аккумуляторы разной емкости. А вообще желательно использовать аккумуляторы из одной партии купив сразу необходимое количество (в идеале +1 про запас, если все таки попадутся разные). Т.е. если у вас на полке год лежит 2 аккумулятора, а потом вы покупаете к ним пару новых и соединяете последовательно, то это лишний шанс получить проблемы и балансировка здесь уже может не помочь, не говоря о аккумуляторах с изначально разной емкостью.

Для переделки батареи данного шуруповерта были выбраны аккумуляторы LGDBHG21865.
Шуруповерт не очень мощный, потому я думаю что проблем быть не должно. Аккумуляторы рассчитаны на длительный разрядный ток в 20 Ампер, при выборе аккумуляторов следует найти в документации на аккумулятор соответствующую строку и посмотреть какой ток там указан.

Плата защиты аккумуляторной батареи или как переделать батарею шуруповерта
Литиевые аккумуляторы имеют заметно большую емкость при меньших габаритах, чем кадмиевые. На фото слева сборка 10.8В 3Ач (32Втч), справа родная, 12В 1.2Ач (14.4Втч).

При выборе количества требуемых аккумуляторов для замены следует руководствоваться тем, что условно один литиевый (LiIon, LiPol) заменяет 3 штуки обычных. В 12 Вольт батарее стоит 10 штук, потому обычно их меняют на 3 штуки литиевых. Можно поставить 4 штуки, но инструмент будет работать с перегрузкой и возможны ситуации, когда может пострадать.
Если у вас 18 Вольт батарея, то там скорее всего стоит 15 обычных, которые меняются на 5 литиевых, но такой инструмент встречается реже.
Или говоря простым языком,
2-3 NiCd = 1 литиевый,
5-6-7 NiCd = 2 литиевых,
8-9-10 NiCd = 3 литиевых,
11-12-13 NiCd = 4 литиевых
и т.д.

Плата защиты аккумуляторной батареи или как переделать батарею шуруповерта
Перед сборкой необходимо проверить емкость аккумуляторов, потому как даже в одной партии аккумуляторы могут иметь разброс, причем чем «безроднее» производитель, тем больше будет разброс.
Например табличка из одного моего обзора, где я тестировал, а попутно отбирал комплекты аккумуляторов для переделки радиостанций.
После этого следует полностью зарядить все аккумуляторы чтобы уравнять их заряд.Плата защиты аккумуляторной батареи или как переделать батарею шуруповерта
Соединение аккумуляторов.
Для соединения аккумуляторов применяют несколько решений:
1. Кассеты
2. Пайка
3. Точечная сварка.

1. Кассета, очень просто и доступно, но категорически не рекомендуется для больших токов, так как имеет высокое сопротивление контакта.
2. Пайка. Вполне имеет право на жизнь, я сам так делаю иногда, но данный способ имеет нюансы.
Как минимум паять надо уметь. Причем уметь паять правильно, а главное — быстро.
Кроме того надо иметь соответствующий паяльник.
Пайка происходит следующим образом: Зачищаем место контакта, покрываем это место флюсом (я использую F3), берем залуженный провод (лучше не очень большого сечения, 0.75мм.кв достаточно), набираем на жало паяльника много припоя, прикасаемся к проводу и вместе с ним прижимаем к контакту аккумулятора. Либо прикладываем провод к месту пайки и паяльником с большой каплей припоя прикасаемся к месте между проводом и аккумулятором.
Но как я писал выше, способ имеет нюансы, необходим мощный паяльник с массивным жалом. Аккумулятор имеет большую теплоемк

www.kirich.blog

Схемы контроллеров заряда-разряда Li-ion аккумуляторов и микросхемы модулей защиты литиевых батарей

Содержание статьи:

Для начала нужно определиться с терминологией.

Как таковых контроллеров разряда-заряда не существует. Это нонсенс. Нет никакого смысла управлять разрядом. Ток разряда зависит от нагрузки — сколько ей надо, столько она и возьмет. Единственное, что нужно делать при разряде — это следить за напряжением на аккумуляторе, чтобы не допустить его переразряда. Для этого применяют защиту от глубокого разряда.

При этом, отдельно контроллеры заряда не только существуют, но и совершенно необходимы для осуществления процесса зарядки li-ion аккумуляторов. Именно они задают нужный ток, определяют момент окончания заряда, следят за температурой и т.п. Контроллер заряда является неотъемлемой частью любого зарядного устройства для литиевого аккумулятора.

Исходя из своего опыта могу сказать, что под контроллером заряда/разряда на самом деле понимают схему защиты аккумулятора от слишком глубокого разряда и, наоборот, перезаряда.

Другими словами, когда говорят о контроллере заряда/разряда, речь идет о встроенной почти во все литий-ионные аккумуляторы защите (PCB- или PCM-модулях). Вот она:

И вот тоже они:

Очевидно, что платы защиты представлены в различных форм-факторах и собраны с применением различных электронных компонентов. В этой статье мы как раз и рассмотрим варианты схем защиты Li-ion аккумуляторов (или, если хотите, контроллеров разряда/заряда).

Контроллеры заряда-разряда

Раз уж это название так хорошо укрепилось в обществе, мы тоже будем его использовать. Начнем, пожалуй, с наиболее распространенного варианта на микросхеме DW01 (Plus).

DW01-Plus

Такая защитная плата для аккумуляторов li-ion встречается в каждом втором аккумуляторе от мобильника. Чтобы до нее добраться, достаточно просто оторвать самоклейку с надписями, которой обклеен аккумулятор.

Сама микросхема DW01 — шестиногая, а два полевых транзистора конструктивно выполнены в одном корпусе в виде 8-ногой сборки.

Вывод 1 и 3 — это управление ключами защиты от разряда (FET1) и перезаряда (FET2) соответственно. Пороговые напряжения: 2.4 и 4.25 Вольта. Вывод 2 — датчик, измеряющий падение напряжения на полевых транзисторах, благодаря чему реализована защита от перегрузки по току. Переходное сопротивление транзисторов выступает в роли измерительного шунта, поэтому порог срабатывания имеет очень большой разброс от изделия к изделию.

Паразитные диоды, встроенные в полевики, позволяют осуществлять заряд аккумулятора, даже если сработала защита от глубокого разряда. И, наоборот, через них идет ток разряда, даже в случае закрытого при перезаряде транзистора FET2.

Вся схема выглядит примерно вот так:

Правая микросхема с маркировкой 8205А — это и есть полевые транзисторы, выполняющие в схеме роль ключей.

S-8241 Series

Фирма SEIKO разработала специализированные микросхемы для защиты литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов от переразряда/перезаряда. Для защиты одной банки применяются интегральные схемы серии S-8241.

Ключи защиты от переразряда и перезаряда срабатывают соответственно при 2.3В и 4.35В. Защита по току включается при падении напряжения на FET1-FET2 равном 200 мВ.

AAT8660 Series

Решение от Advanced Analog Technology — AAT8660 Series.

Пороговые напряжения составляют 2.5 и 4.32 Вольта. Потребление в заблокированном состоянии не превышает 100 нА. Микросхема выпускается в корпусе SOT26 (3х2 мм, 6 выводов).

FS326 Series

Очередная микросхема, используемая в платах защиты одной банки литий-ионного и полимерного аккумулятора — FS326.

В зависимости от буквенного индекса напряжение включения защиты от переразряда составляет от 2.3 до 2.5 Вольт. А верхнее пороговое напряжение, соответственно, — от 4.3 до 4.35В. Подробности смотрите в даташите.

LV51140T

Аналогичная схема протекции литиевых однобаночных аккумуляторов с защитой от переразряда, перезаряда, превышения токов заряда и разряда. Реализована с применением микросхемы LV51140T.

Пороговые напряжения: 2.5 и 4.25 Вольта. Вторая ножка микросхемы — вход детектора перегрузки по току (предельные значения: 0.2В при разряде и -0.7В при зарядке). Вывод 4 не задействован.

R5421N Series

Схемотехническое решение аналогично предыдущим. В рабочем режиме микросхема потребляет около 3 мкА, в режиме блокировки — порядка 0.3 мкА (буква С в обозначении) и 1 мкА (буква F в обозначении).

Серия R5421N содержит несколько модификаций, отличающихся величиной напряжения срабатывания при перезарядке. Подробности приведены в таблице:

ОбозначениеПорог отключения по перезаряду, ВГистерезис порога перезаряда, мВПорог отключения по переразряду, ВПорог включения перегрузки по току, мВ
R5421N111C4.250±0.0252002.50±0.013200±30
R5421N112C4.350±0.025
R5421N151F4.250±0.025
R5421N152F4.350±0.025

SA57608

Очередной вариант контроллера заряда/разряда, только уже на микросхеме SA57608.

Напряжения, при которых микросхема отключает банку от внешних цепей, зависят от буквенного индекса. Подробности см. в таблице:

ОбозначениеПорог отключения по перезаряду, ВГистерезис порога перезаряда, мВПорог отключения по переразряду, ВПорог включения перегрузки по току, мВ
SA57608Y4.350±0.0501802.30±0.070150±30
SA57608B4.280±0.0251802.30±0.05875±30
SA57608C4.295±0.0251502.30±0.058200±30
SA57608D4.350±0.0501802.30±0.070200±30
SA57608E4.275±0.0252002.30±0.058100±30
SA57608G4.280±0.0252002.30±0.058100±30

SA57608 потребляет достаточно большой ток в спящем режиме — порядка 300 мкА, что отличает ее от вышеперечисленных аналогов в худшую сторону (там потребляемые токи порядка долей микроампера).

LC05111CMT

Ну и напоследок предлагаем интересное решение от одного из мировых лидеров по производству электронных компонентов On Semiconductor — контроллер заряда-разряда на микросхеме LC05111CMT.

Решение интересно тем, что ключевые MOSFET’ы встроены в саму микросхему, поэтому из навесных элементов остались только пару резисторов да один конденсатор.

Переходное сопротивление встроенных транзисторов составляет ~11 миллиом (0.011 Ом). Максимальный ток заряда/разряда — 10А. Максимальное напряжение между выводами S1 и S2 — 24 Вольта (это важно при объединении аккумуляторов в батареи).

Микросхема выпускается в корпусе WDFN6 2.6×4.0, 0.65P, Dual Flag.

Схема, как и ожидалось, обеспечивает защиту от перезаряда/разряда, от превышения тока в нагрузке и от чрезмерного зарядного тока.

Контроллеры заряда и схемы защиты — в чем разница?

Важно понимать, что модуль защиты и контроллеры заряда — это не одно и то же. Да, их функции в некоторой степени пересекаются, но называть встроенный в аккумулятор модуль защиты контроллером заряда было бы ошибкой. Сейчас поясню в чем разница.

Важнейшая роль любого контроллера заряда заключается в реализации правильного профиля заряда (как правило, это CC/CV — постоянный ток/постоянное напряжение). То есть контроллер заряда должен уметь ограничивать ток зарядки на заданном уровне, тем самым контролируя количество «заливаемой» в батарею энергии в единицу времени. Избыток энергии выделяется в виде тепла, поэтому любой контроллер заряда в процессе работы достаточно сильно разогревается.

По этой причине контроллеры заряда никогда не встраивают в аккумулятор (в отличие от плат защиты). Контроллеры просто являются частью правильного зарядного устройства и не более.

Схемы правильных зарядок для литиевых аккумуляторов приведены в этой статье.

Кроме того, ни одна плата защиты (или модуль защиты, называйте как хотите) не способен ограничивать ток заряда. Плата всего лишь контролирует напряжение на самой банке и в случае выхода его за заранее установленные пределы, размыкает выходные ключи, отключая тем самым банку от внешнего мира. Кстати, защита от КЗ тоже работает по такому же принципу — при коротком замыкании напряжение на банке резко просаживается и срабатывает схема защиты от глубокого разряда.

Путаница между схемами защиты литиевых аккумуляторов и контроллеров заряда возникла из-за схожести порога срабатывания (~4.2В). Только в случае с модулем защиты происходит полное отключение банки от внешних клемм, а в случае с контроллером заряда происходит переключение в режим стабилизации напряжения и постепенного снижения зарядного тока.

electro-shema.ru

Контроллер зарядки литий─ионного аккумулятора

Многие читатели сайта спрашивают о том, что такое контроллер заряда литий─ионного аккумулятора, и для чего он нужен. Этот вопрос кратко упоминался в материалах, где описывались различные типы литиевых аккумуляторов. Этот тип аккумуляторных батарей практически всегда имеет в своём составе контроллер зарядки, ещё называемый платой защиты Battery Monitoring System (BMS). В этой заметке подробнее рассмотрим, что это за устройство, и как оно функционирует.

 

Содержание статьи

Что представляет собой контроллер зарядки Li─Ion аккумуляторов?

Простейший вариант контроллера зарядки литий─ионных АКБ можно увидеть, если разобрать аккумулятор планшетного компьютера или телефона. Он состоит из банки (аккумуляторного элемента) и печатной платы защиты BMS. Это и есть контроллер зарядки, который можно видеть на фото ниже.

Контроллер зарядки Li─Ion аккумулятора

Основой здесь является микросхема контроллера защиты. Полевые транзисторы используются для раздельного управления защитой при зарядке и разрядке аккумуляторного элемента.

Назначение контроллера защиты в том, что он следит за тем, чтобы банка не заряжалась выше напряжения 4,2 вольта. Литиевый аккумуляторный элемент имеет номинальное напряжение 3,7 вольта. Перезаряд и превышение напряжения выше 4,2 вольта могут привести к тому, что элемент выйдет из строя.

В аккумуляторах смартфонов и планшетов плата BMS следит за процессом заряда и разряда одного элемента (банки). В аккумуляторах ноутбуков таких банок несколько. Обычно от 4 до 8.

Контроллер зарядки и литий─ионные элементы аккумулятора ноутбука

Также контроллер следит за процессом разрядки аккумуляторного элемента. При падении напряжения ниже порогового (обычно 3 вольта) схема отключает банку от потребителя тока. В результате устройство, работающее от аккумулятора, просто выключается.
Среди прочих функций контроллера зарядки стоит отметить защиту от короткого замыкания. На некоторых платах защиты BMS устанавливается терморезистор для защиты аккумуляторного элемента от перегрева.

Вернуться к содержанию
 

Платы защиты BMS для литий─ионных аккумуляторов

Контроллер, рассмотренный выше, является простейшим вариантом защиты BMS. На самом деле разновидностей таких плат гораздо больше и есть довольно сложные и дорогостоящие. В зависимости от сферы применения выделяют следующие виды:

  • Для портативной мобильной электроники;
  • Для бытовой техники;
  • Применяемые в возобновляемых источниках энергии.

Часто такие платы защиты BMS можно встретить в составе систем с солнечными батареями и в ветряных генераторах. Там, как правило, верхний порог срабатывания защиты по напряжению составляет 15, а нижний – 12 вольт. Сам аккумулятор в штатном режиме выдаёт напряжение 12 вольт. К аккумуляторной батарее подключается источник энергии (например, солнечная панель). Подключение выполняется через реле.

Пример контроллера заряда для солнечной панели

При увеличении напряжения на аккумуляторе более 15 вольт срабатывают реле и размыкают цепь заряда. После этого источник энергии работает на предусмотренный для этого балласт. Как говорят специалисты, в случае с солнечными панелями это может дать нежелательные побочные эффекты.

В случае ветряных генераторов BMS контроллеры применяются обязательно. Контроллеры зарядки литий─ионных аккумуляторов для бытовой техники и мобильных устройств имеют существенные различия. А вот контроллеры аккумуляторов ноутбуков, планшетов и телефонов имеют одинаковую схему. Разница заключается только в количестве контролируемых аккумуляторных элементов.

Вернуться к содержанию
 

Как зарядить литий─ионных аккумулятор без контроллера?

Здесь сразу стоит сказать, что заряжать Li─Ion банку в обход контроллера крайне не рекомендуется. В этом случае все функции контроллера зарядки вы должны будете выполнять самостоятельно. То есть, нужно будет вовремя отключить заряд при достижении верхнего порога напряжения, а также следить за температурой банки. Поэтому так делать крайне нежелательно.

Зарядка банки аккумулятора телефона без контроллера

Вместе с тем бывают ситуации, когда есть реальная необходимость в такой зарядке. Например, банка сильно разряжена и контроллер не позволяет зарядить её штатным способом. Такое бывает, если устройство долго не использовалось, и аккумулятор испытал глубокий разряд.

Тогда следует отпаять плату BMS, подключить зарядное устройство к выводам банки и провести зарядку. Конкретные параметры зарядки зависят от аккумуляторного элемента. Если банок несколько, как в батарее ноутбука, нужно будет определять разряженные и проводить их зарядку отдельно. В любом случае процесс зарядки литиевого аккумулятора должен идти под контролем. Нужно проверять напряжение элемента и прервать процесс при достижении верхнего порога по напряжению. Кроме того, следует следить за температурой банки.

Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию

akbinfo.ru