Scheme de încărcătoare de casă pentru baterii cu litiu. Caracteristici de încărcare a bateriilor cu litiu și încărcătoare pentru acestea

Bateriile joacă un rol important în orice mecanism care nu funcționează de la rețea. Bateriile reîncărcabile sunt destul de scumpe datorită faptului că trebuie să achiziționați un încărcător împreună cu ele. Bateriile folosesc diferite combinații de materiale conductoare și electroliți - plumb-acid, nichel-cadmiu (NiCd), hidrură de nichel-metal (NiMH), litiu-ion (Li-ion), polimer litiu-ion (Li-Po).

Folosesc baterii litiu-ion în proiectele mele, așa că am decis să-mi fac propriul încărcător pentru baterii cu litiu 18650, decât să cumpăr unul scump, așa că hai să începem.

Pasul 1: Video

Videoclipul arată asamblarea încărcătorului.
Link către youtube

Pasul 2: Lista componentelor electrice

Afișați încă 3 imagini

Lista componentelor necesare pentru asamblarea unui încărcător de baterie 18650:

• Modul încărcător bazat pe cip TP4056 cu protecție a bateriei
• Stabilizator de tensiune 7805, veți avea nevoie de 1 bucată
• Condensator 100 nF, 4 buc (nu este necesar dacă există o sursă de alimentare de 5V)

Pasul 3: Lista de instrumente

Pentru a lucra veți avea nevoie de următoarele instrumente:

• cuțit fierbinte
• Cutie de plastic 8x7x3 cm (sau dimensiuni similare)

Acum că toate instrumentele și componentele necesare sunt pregătite pentru lucru, să trecem la modulul TP4056.

Pasul 4: Modul de încărcare a bateriei Li-io bazat pe cip TP4056

Mai multe despre acest modul. Există două versiuni ale acestor module pe piață: cu și fără protecție a bateriei.

Placa de circuite care conține circuitul de protecție monitorizează tensiunea folosind filtrul circuitului de putere DW01A (circuit integrat de protecție a bateriei) și FS8205A (modul tranzistor N-canal). Astfel, placa de breakout conține trei circuite integrate (TP4056+DW01A+FS8205A), în timp ce modulul încărcător fără protecție a bateriei conține un singur circuit integrat (TP4056).

TP4056 – modul de încărcare pentru baterii Li-io monocelulă cu încărcare liniară de curent și tensiune constantă. Carcasa SOP și numărul redus de componente externe fac din acest modul o opțiune excelentă pentru utilizarea în aparatele electrice de casă. Se încarcă prin USB la fel de bine ca un power bank obișnuit. Pinout-ul modulului TP4056 este atașat (Fig. 2), la fel și graficul ciclului de încărcare (Fig. 3) cu curbe de curent constant și tensiune constantă. Două diode de pe tabloul de comutare indică starea curentă de încărcare - încărcare, încărcare oprită etc. (Fig. 4).

Pentru a evita deteriorarea bateriei, încărcați bateriile litiu-ion de 3,7 V la 0,2-0,7 curent continuu până când tensiunea de ieșire atinge 4,2 V, după care încărcarea va fi tensiune constantă și scăderea treptată a curentului (până la 10% din valoarea inițială). Nu putem întrerupe încărcarea la 4,2 V, deoarece nivelul de încărcare va fi de 40-80% din capacitatea completă a bateriei. Modulul TP4056 este responsabil pentru acest proces. Un alt punct important este că rezistența conectată la pinul PROG determină curentul de încărcare. În modulele de pe piață, la acest pin este de obicei conectat un rezistor de 1,2 KΩ, ceea ce corespunde unui curent de încărcare de 1A (Fig. 5). Pentru a obține alte valori ale curentului de încărcare, puteți încerca să utilizați alte rezistențe.

DW01A este un circuit integrat de protecție a bateriei, Fig. 6 prezintă o diagramă tipică de conectare. MOSFET-urile M1 și M2 sunt conectate extern printr-un circuit integrat FS8205A.

Aceste componente sunt instalate pe placa de breakout a modulului de încărcare a bateriei litiu-ion TP4056, care este conectată în Pasul 2. Trebuie doar să facem două lucruri: să dăm o tensiune în intervalul 4-8 V conectorului de intrare și conectați polii bateriei cu pinii + și - modulul TP4056.

După aceasta, vom continua să asamblam încărcătorul.

Pasul 5: Diagrama de cablare

Pentru a finaliza ansamblul componentelor electrice, le lipim conform schemei. Am atașat o diagramă în software-ul Fritzing și o fotografie a conexiunii fizice.

1. + conectați contactul conectorului de alimentare la unul dintre contactele comutatorului și – conectați contactul conectorului de alimentare la pinul GND al stabilizatorului 7805
2. Conectam al doilea contact al comutatorului la pinul Vin al stabilizatorului 7805
3. Instalăm trei condensatoare de 100 nF în paralel între pinii Vin și GND ai regulatorului de tensiune (folosește o placă pentru aceasta)
4. Instalați un condensator de 100 nF între pinii Vout și GND ai regulatorului de tensiune (pe placa)
5. Conectați pinul Vout al regulatorului de tensiune la pinul IN+ al modulului TP4056
6. Conectați pinul GND al regulatorului de tensiune la pinul IN al modulului TP4056
7. Conectați contactul + al compartimentului bateriei la pinul B+ al modulului TP4056 și conectați contactul – al compartimentului bateriei la pinul B al modulului TP4056

Acest lucru completează conexiunile. Dacă utilizați o sursă de alimentare de 5 V, săriți peste toate punctele cu conexiuni la regulatorul de tensiune 7805 și conectați + și – ale unității direct la pinii IN+ și, respectiv, IN- ai modulului TP4056.
Dacă utilizați o sursă de alimentare de 12 V, stabilizatorul 7805 se va încălzi atunci când trece un curent de 1 A, acest lucru poate fi corectat cu un radiator.

Pasul 6: Asamblare, partea 1: tăierea găurilor în corp

Afișați încă 7 imagini

Pentru a monta corect toate componentele electrice din carcasă, trebuie să tăiați găuri în ea:

1. Cu ajutorul unei lame de cuțit, marcați limitele compartimentului bateriei pe carcasă (Fig. 1).
2. Folosiți un cuțit fierbinte pentru a tăia o gaură conform semnelor făcute (Fig. 2 și 3).
3. După tăierea găurii, carcasa ar trebui să arate ca în Fig. 4.
4. Marcați locul unde va fi amplasat conectorul USB al modulului TP4056 (Fig. 5 și 6).
5. Folosind un cuțit fierbinte, tăiați o gaură în carcasa pentru conectorul USB (Fig. 7).
6. Marcați locurile de pe carcasă în care vor fi amplasate diodele modulului TP4056 (Fig. 8 și 9).
7. Folosiți un cuțit fierbinte pentru a tăia găuri pentru diode (Fig. 10).
8. În același mod, faceți găuri pentru conectorul de alimentare și comutator (Fig. 11 și 12)

Pasul 7: Asamblare, partea 2: instalarea componentelor electrice

Urmați instrucțiunile pentru a instala componente în șasiu:

1. Instalați compartimentul bateriei astfel încât punctele de montare să fie în exteriorul compartimentului/carcasei. Lipiți compartimentul cu un pistol de lipit (Fig. 1).
2. Înlocuiți modulul TP4056 astfel încât conectorul USB și diodele să se potrivească în orificiile corespunzătoare, fixați cu lipici fierbinte (Fig. 2).
3. Înlocuiți stabilizatorul de tensiune 7805 și fixați-l cu lipici fierbinte (Fig. 3).
4. Reinstalați conectorul de alimentare și comutatorul și fixați-le cu lipici fierbinte (Fig. 4).
5. Locația componentelor ar trebui să arate la fel ca în Fig. 5.
6. Fixați capacul inferior în poziție cu șuruburi (Fig. 6).
7. Mai târziu am acoperit marginile aspre lăsate de cuțitul fierbinte cu bandă electrică neagră. De asemenea, pot fi netezite cu șmirghel.

Încărcătorul finalizat este prezentat în Figura 7. acum trebuie testat.

Pasul 8: Testează

Puneți bateria descărcată în încărcător. Porniți alimentarea la conectorul de 12 V sau USB. Dioda roșie ar trebui să clipească, aceasta înseamnă că procesul de încărcare este în curs.

Când încărcarea este completă, dioda albastră ar trebui să se aprindă.
Atașez o fotografie cu încărcătorul în timpul încărcării și o fotografie cu bateria încărcată.
Aceasta completează lucrarea.

Pentru încărcarea bateriilor litiu-ion atunci când nu este disponibil un încărcător special. Astfel de baterii sunt foarte comune, dar nu toată lumea poate (sau vrea) să cumpere un încărcător pentru o încărcare adecvată, încărcându-le adesea cu surse de alimentare obișnuite reglementate. Să ne uităm la cum să facem asta.

Să luăm de exemplu o baterie litiu-ion de la Panasonic ncr18650b la 3.6 V 3400 mah. Permiteți-ne să vă avertizăm imediat că încărcarea acestui tip de baterie este destul de periculoasă dacă este făcută incorect. Unele mostre pot rezista la abuz, dar unele chinezești „super-economice” nu au protecție și pot exploda.

Baterie cu protectie

O baterie protejată trebuie să aibă următoarele elemente de protecție:

• PTC, protectie impotriva supraincalzirii si, indirect, a supracurentului.
• CID, o supapă de presiune, va închide celula dacă presiunea din interior este mare, ceea ce poate apărea din cauza încărcării prea mari.
• PCB, placa de protecție la supradescărcare, se resetează automat sau când este plasată în încărcător.

Imaginea de mai sus arată cum este proiectată protecția cutiei. Acest design este utilizat pentru orice tip de baterie modernă protejată litiu-ion. PTC și supapa de presiune nu vor fi vizibile deoarece face parte din bateria originală, dar toate celelalte părți ale protecției pot fi văzute. Mai jos sunt prezentate opțiunile de proiectare pentru modulele electronice de protecție care se găsesc cel mai adesea în bateriile standard rotunde Li-Ion.

Încărcare cu litiu

Puteți găsi un circuit tipic și un principiu de încărcare pentru o baterie ncr18650b în fișa de date. Conform documentației, curentul de încărcare este de 1600 mA, iar tensiunea este de 4,2 volți.

Procesul în sine constă din două etape, prima este curentul constant, în care trebuie să setați valoarea la 1600 mA DC, iar când tensiunea bateriei ajunge la 4,20 V, va începe a doua etapă - tensiune constantă. În această etapă, curentul va scădea ușor și aproximativ 10% din curentul de încărcare va veni de la încărcător - aceasta este aproximativ 170 mA. Acest manual se aplică tuturor bateriilor litiu-ion și litiu-polimer, nu doar celor de tip 18650.

Este dificil să setați și să mențineți manual modurile de mai sus pe o sursă de alimentare convențională, așa că este mai bine să folosiți microcircuite speciale concepute pentru a automatiza procesul de încărcare (vezi diagramele în). Ca ultimă soluție, puteți încărca cu un curent stabil de 30-40% din capacitatea completă (pe plăcuță) a bateriei, sărind peste a doua etapă, dar acest lucru va reduce ușor durata de viață a elementului.

Bună prieteni! După cum am promis, postez o recenzie a plăcii de încărcare în miniatură. Este conceput pentru a încărca bateriile litiu-ion. Caracteristica sa principală este că nu este „legat” de nicio dimensiune standard specifică - 186500, 14500 etc. Este potrivită absolut orice baterie litiu-ion, la care puteți conecta „plus” și „minus”.

Placa este destul de miniaturală.

În ciuda prezenței unei intrări USB-micro pentru alimentare, intrările plus și minus sunt, de asemenea, duplicate cu terminale.

Acesta este un plus foarte bun. O să explic de ce.

În primul rând, puteți lua un fel de sursă de alimentare și puteți lipi firele direct pe placă. Va ajuta dacă intrarea USB-micro se dovedește a fi defectă dintr-un motiv oarecare.

În al doilea rând, puteți lua, să zicem, 3 plăci, conectați trei plusuri de intrare și trei minusuri de intrare (obțineți o conexiune paralelă), iar apoi 3 baterii pot fi încărcate simultan de la o singură sursă de alimentare. Și dacă doriți să încărcați bateriile mai repede, puteți conecta un al doilea sau chiar al treilea încărcător.

Apropo, ieșirile către baterie pot fi, de asemenea, paralelizate.

Adică dacă conectați aceleași 3 plăci nu numai la intrare, ci și la ieșire, puteți obține un încărcător foarte puternic pentru baterii litiu-ion. În acest caz va fi un încărcător de 3A.

Dar există încă un moment destul de amuzant - găurile de pe plus și minus de ieșire au diametre diferite. Nu știu de ce este așa.

Ei bine, acesta este un lucru mic. Principalul lucru este că funcționează corect. Apropo, asta este exact ceea ce vom face acum - verificarea funcționalității acestei plăci.

Test 1. Oprire la încărcare completă.

Am efectuat acest test pe două baterii - un Panasonic original cu 3400mAh și un fals noname cu 5000mAh (și serios - 450mAh).

O lumină albastră pe placă indică faptul că încărcarea bateriei este completă. Multimetrul arata 4.23V. Da, nu contest, 4,25 V pe o baterie încărcată este, de asemenea, în intervalul normal, dar... În general, peste 4,2 V nu este de dorit. Sau poate se va schimba ceva dacă placa este deconectată?

Aproape aceeași 4.2V ideală. Acestea. Bateria este încă încărcată „fără fiori”. Dar ce se întâmplă dacă uitați să scoateți bateria imediat după ce este complet încărcată? Rețineți că în fotografia de mai sus este aproape ora 18. Să conectăm încărcătorul înapoi și să-l lăsăm în această stare timp de câteva ore.

(dupa 5 ore ceva)

Am deconectat din nou placa pentru a nu interfera cu măsurătorile tensiunii bateriei. Deci care este rezultatul?

Nu a existat o creștere a tensiunii bateriei. Poate este capacitatea bateriei? Ce se întâmplă dacă în loc de Panasonic originale încărcați noname-uri false cu 450 mAh de capacitate reală? Asta am făcut - mai întâi am descărcat o astfel de baterie, apoi am pus-o să se încarce. Și a adormit.

Și dimineața... Ei bine, oprim placa de încărcare și...

Așadar, am aflat că întreruperea sarcinii are loc atunci când tensiunea ajunge la 4,2V. Dar în fotografie tensiunea este mai mică. Acestea. După ce încărcarea este completă, nu are loc nicio „realimentare”. Lasă-mă să explic. Unele încărcătoare, după terminarea încărcării, continuă să furnizeze un curent mic (literal 10-15mA) pentru a compensa autodescărcarea bateriei. Acest lucru nu se întâmplă aici. Dar nu este înfricoșător. Încărcarea excesivă este mult mai rău.

Să tragem o linie:
- se încarcă la o tensiune de 4,19V și face o întrerupere
- nu se efectuează compensarea autodescărcării.

Mai simplu spus, testul a fost trecut cu succes.

Testul 2. Curent.

Chinezii au promis că această placă este capabilă să se încarce cu curent de până la 1A. Să verificăm? Pentru a face acest lucru, aproape am descărcat unul dintre Panasonic-urile existente (la aproximativ 3,3 V), apoi l-am pus la încărcare. Deci ce avem?

Oamenii observatori vor întreba: „De ce ați scos testerul USB din circuit? Nu ai încredere în el sau ce?” Prieteni, acest tester USB este bun pentru măsurarea capacității bateriei, dar nu este potrivit pentru măsurarea puterii plăcii de încărcare. Si de aceea. Literal, imediat am integrat testerul USB înapoi în circuit și...

... iar curentul de încărcare a scăzut cu până la 200 mA. Din acest motiv pun ÎNTOTDEAUNA antipatii pe acele videoclipuri în care un tip ia un încărcător USB, conectează un astfel de tester, dă o sarcină, ieșirea curentă nu corespunde cu cea declarată (de exemplu, se spune 2A, dar ieșirea este 1,5A), iar apoi există o dispută. El o deschide cu vânzătorul, spunând, cum este posibil acest lucru, 1,5A nu este suficient pentru mine, dă-mi 2A! Nu știu la ce se conectează asta, dar după ce am făcut aceste 2 fotografii, am scos din nou testerul USB din circuit și curentul de încărcare a fost restabilit la 1A.

Deci placa respectă pe deplin această specificație.

Testul 3. Încălzire.

Ei bine, totul este simplu aici - am așteptat 10 minute, apoi am „citit” temperatura folosind un pirometru.

Nu îmi voi da seama dacă este normal sau nu. Îi voi adăuga doar un radiator de aluminiu.

Test 4. Comportament atunci când lucrați cu baterii supraîncărcate.

Prieteni, în paralel cu revizuirea acestei plăci de încărcare, lansez și o recenzie a Panasonic. Prin urmare, în aceste două recenzii, mai multe fotografii vor fi aceleași. Deci aici este. De dragul testului, am descărcat unul dintre Panasonic la o tensiune inacceptabil de joasă.

Și acum inimile iubitorilor de date Panasonic sângerează. La urma urmei, se așteptau să vadă o descărcare de până la 2,4 V, poate chiar 2,2 V, dar nu 1,77 V.

Am resetat contorul testerului și l-am setat să se încarce. Și aici am fost plăcut surprins. Mă așteptam ca din cauza rezistenței scăzute a bateriei, curentul să fie prohibitiv de mare, ca chiar și cu un tester USB curentul să fie mai aproape de 2A, ca placa de încărcare să funcționeze sub suprasarcini furioase, aproape în scurtcircuit și altă dramă care îi face pe radioamatorii să stea și să tremure cu gânduri de genul „ce faci, ticălosule!” Nimic de genul acesta.

Un total de 80mA (OK, rotunjit la 100) - așa-numitul curent de „recuperare”. Fantastic! Acestea. Această placă poate funcționa și cu bateriile supradescărcate!

Sau poate este doar buggy? Nu te gândi. După ceva timp, când bateria a absorbit aproximativ 35 mAh, curentul a dispărut dincolo de 1 A.

În timp ce am pornit camera digitală, în timp ce o configuram, în timp ce eram înainte și înapoi, bateria a absorbit 50mAh. Acestea sunt pe care le vom scădea din capacitatea finală pe care ne-o va arăta testerul USB. Dar asta este o cu totul altă poveste.

Prieteni, având în vedere prețul de 50 de ruble, acest microcircuit este demn de aplauze.

Înțelepciunea: cu cât o bunica își iubește mai mult nepotul, cu atât mai mult acest nepot își ia părinții.

Compania de film „Exposure” prezintă... Thriller „Cable Cutter”. În rolurile principale:

În dispozitivele electronice mobile moderne, chiar și în cele concepute pentru a minimiza consumul de energie, utilizarea bateriilor neregenerabile devine un lucru al trecutului. Și din punct de vedere economic - deja într-o perioadă scurtă de timp, costul total al numărului necesar de baterii de unică folosință va depăși rapid costul unei baterii, iar din punct de vedere al confortului utilizatorului - este mai ușor de reîncărcat bateria decât să caute de unde să cumperi o baterie nouă. În consecință, încărcătoarele de baterii devin o marfă cu cerere garantată. Nu este surprinzător că aproape toți producătorii de circuite integrate pentru dispozitive de alimentare acordă atenție direcției de „încărcare”.

Cu doar cinci ani în urmă, discuția despre microcircuite pentru încărcarea bateriilor (Battery Chargers IC) a început cu o comparație a principalelor tipuri de baterii - nichel și litiu. Dar, în prezent, bateriile cu nichel au încetat practic să fie folosite și majoritatea producătorilor de cipuri de încărcare fie au încetat complet să mai producă cipuri pentru bateriile cu nichel, fie produc cipuri care sunt invariante cu tehnologia bateriilor (așa-numitul Multi-Chemistry IC). Gama de produse STMicroelectronics include în prezent doar microcircuite proiectate să funcționeze cu baterii cu litiu.

Să ne amintim pe scurt principalele caracteristici ale bateriilor cu litiu. Avantaje:

• Capacitate electrică specifică mare. Valorile tipice sunt 110...160 W*oră*kg, care este de 1,5...2,0 ori mai mare decât același parametru pentru bateriile cu nichel. În consecință, cu dimensiuni egale, capacitatea unei baterii cu litiu este mai mare.
• Autodescărcare scăzută: aproximativ 10% pe lună. În bateriile cu nichel acest parametru este de 20...30%.

Nu există „efect de memorie”, făcând această baterie ușor de întreținut: nu este nevoie să descărcați bateria la minimum înainte de reîncărcare.

Dezavantajele bateriilor cu litiu:

• Nevoia de protecție a curentului și tensiunii. În special, este necesar să se excludă posibilitatea de scurtcircuitare a bornelor bateriei, de alimentare cu tensiune cu polaritate inversă sau de supraîncărcare.
• Nevoia de protecție împotriva supraîncălzirii: încălzirea bateriei peste o anumită temperatură afectează negativ capacitatea și durata de viață a acesteia.

Există două tehnologii industriale pentru fabricarea bateriilor cu litiu: litiu-ion (Li-Ion) și litiu polimer (Li-Pol). Cu toate acestea, deoarece algoritmii de încărcare pentru aceste baterii sunt aceiași, cipurile de încărcare nu separă tehnologiile litiu-ion și litiu-polimer. Din acest motiv, vom sări peste discuția despre avantajele și dezavantajele bateriilor Li-Ion și Li-Pol, cu referire la literatura de specialitate.

Să luăm în considerare algoritmul de încărcare a bateriilor cu litiu, prezentat în Figura 1.

Orez. 1.

Prima fază, așa-numita pre-încărcare, este utilizată doar în cazurile în care bateria este foarte descărcată. Dacă tensiunea bateriei este sub 2,8 V, atunci aceasta nu poate fi încărcată imediat cu curentul maxim posibil: acest lucru va avea un impact extrem de negativ asupra duratei de viață a bateriei. Este necesar să „reîncărcați” mai întâi bateria cu un curent scăzut la aproximativ 3,0 V și numai după aceea încărcarea cu un curent maxim devine permisă.

A doua fază: încărcător ca sursă de curent constant. În această etapă, curentul maxim pentru condițiile date circulă prin baterie. În același timp, tensiunea bateriei crește treptat până ajunge la o valoare limită de 4,2 V. Strict vorbind, la finalizarea celei de-a doua etape, încărcarea poate fi oprită, dar trebuie avut în vedere faptul că bateria este în prezent încărcată de aproximativ 70% din capacitatea sa. Rețineți că în multe încărcătoare curentul maxim nu este furnizat imediat, ci crește treptat la maxim în câteva minute - se folosește un mecanism „Pornire ușoară”.

Dacă este de dorit să încărcați bateria la valori de capacitate apropiate de 100%, atunci trecem la a treia fază: încărcătorul ca sursă de tensiune constantă. În această etapă, bateriei i se aplică o tensiune constantă de 4,2 V, iar curentul care trece prin baterie scade de la o valoare maximă la o valoare minimă predeterminată în timpul încărcării. În momentul în care valoarea curentului scade până la această limită, încărcarea bateriei este considerată completă și procesul se încheie.

Să vă reamintim că unul dintre parametrii cheie ai unei baterii este capacitatea acesteia (unitate de măsură - A*oră). Astfel, capacitatea tipică a unei baterii litiu-ion de dimensiune AAA este de 750...1300 mAh. Ca o derivată a acestui parametru, este utilizată caracteristica „curent 1C” aceasta este o valoare a curentului egală numeric cu capacitatea nominală (în exemplul dat - 750...1300 mA). Valoarea „curentului 1C” are sens doar ca o determinare a valorii maxime a curentului la încărcarea bateriei și a valorii curente la care încărcarea este considerată completă. În general, este acceptat că valoarea maximă a curentului nu trebuie să depășească 1*1C, iar încărcarea bateriei poate fi considerată completă atunci când curentul scade la 0,05...0,10*1C. Dar aceștia sunt parametrii care pot fi considerați optimi pentru un anumit tip de baterie. În realitate, același încărcător poate funcționa cu baterii de la diferiți producători și de capacități diferite, în timp ce capacitatea unei anumite baterii rămâne necunoscută încărctorului. În consecință, încărcarea unei baterii de orice capacitate nu va avea loc în general în modul optim pentru baterie, ci în modul prestabilit pentru încărcător.

Să trecem la linia de microcircuite de încărcare de la STMicroelectronics.

Chipurile STBC08 și STC4054

Aceste microcircuite sunt produse destul de simple pentru încărcarea bateriilor cu litiu. Microcircuitele sunt realizate în pachete miniaturale precum DFN6 și, respectiv, TSOT23-5L. Acest lucru permite utilizarea acestor componente în dispozitivele mobile cu cerințe destul de stricte pentru caracteristicile de greutate și dimensiune (de exemplu, telefoane mobile, playere MP3). Scheme de conectare STBC08Și STC4054 sunt prezentate în figura 2.

Orez. 2.

În ciuda limitărilor impuse de numărul minim de pini externi din pachete, microcircuitele au o funcționalitate destul de largă:

• Nu este nevoie de un MOSFET extern, diodă de blocare sau rezistență de curent. După cum urmează din Figura 2, cablajul extern este limitat de un condensator de filtru la intrare, un rezistor de programare și două (pentru STC4054 - unul) LED-uri indicatoare.
• Valoarea maximă a curentului de încărcare este programată de valoarea rezistenței externe și poate atinge o valoare de 800 mA. Faptul de terminare a încărcării este determinat în momentul în care, în regim de tensiune constantă, valoarea curentului de încărcare scade la o valoare de 0,1*I BAT, adică este stabilită și de valoarea rezistenței externe. . Curentul maxim de încărcare este determinat din relația:

I BAT = (V PROG /R PROG)*1000;

unde I BAT este curentul de încărcare în Amperi, R PROG este rezistența rezistenței în Ohmi, V PROG este tensiunea la ieșirea PROG, egală cu 1,0 Volți.

• În modul de tensiune constantă, la ieșire este generată o tensiune stabilă de 4,2 V cu o precizie de nu mai puțin de 1%.
• Încărcarea bateriilor puternic descărcate începe automat în modul de preîncărcare. Până când tensiunea la ieșirea bateriei atinge 2,9V, încărcarea se efectuează cu un curent slab de 0,1*I BAT. Această metodă, așa cum sa menționat deja, previne o defecțiune foarte probabilă atunci când încercați să încărcați bateriile descărcate sever în mod obișnuit. În plus, valoarea de pornire a curentului de încărcare este limitată forțat, ceea ce crește și durata de viață a bateriilor.
• A fost implementat un mod de încărcare automată - când tensiunea bateriei scade la 4,05 V, ciclul de încărcare va fi repornit. Acest lucru vă permite să asigurați o încărcare constantă a bateriei la un nivel nu mai mic de 80% din capacitatea sa nominală.
• Protecție împotriva supratensiunii și supraîncălzirii. Dacă tensiunea de intrare depășește o anumită limită (în special, 7,2V) sau dacă temperatura carcasei depășește 120°C, încărcătorul se oprește, protejându-se pe sine și bateria. Desigur, este implementată și protecția la tensiune de intrare scăzută - dacă tensiunea de intrare scade sub un anumit nivel (U VLO), încărcătorul se va opri și el.
• Capacitatea de a conecta LED-uri de indicare permite utilizatorului să aibă o idee despre starea actuală a procesului de încărcare a bateriei.

Cipurile de încărcare a bateriei L6924D și L6924U

Aceste microcircuite sunt dispozitive cu capacități mai mari în comparație cu STBC08 și STC4054. Figura 3 prezintă scheme tipice de circuit pentru conectarea microcircuitelor L6924DȘi L6924U .

Orez. 3.

Să luăm în considerare acele caracteristici funcționale ale cipurilor L6924 care se referă la setarea parametrilor procesului de încărcare a bateriei:

1. În ambele modificări, este posibilă setarea duratei maxime de încărcare a bateriei începând din momentul trecerii la modul de stabilizare DC (se folosește și termenul „mod de încărcare rapidă”). La intrarea în acest mod este pornit un timer watchdog, programat pentru o anumită durată T PRG de valoarea condensatorului conectat la pinul T PRG. Dacă înainte de declanșarea acestui cronometru, încărcarea bateriei nu este oprită conform algoritmului standard (curentul care circulă prin baterie scade sub valoarea I END), atunci după declanșarea temporizatorului, încărcarea va fi întreruptă forțat. Folosind același condensator, se setează durata maximă a modului de preîncărcare: este egală cu 1/8 din durata T PRG. De asemenea, dacă în acest timp nu există tranziție la modul de încărcare rapidă, circuitul se oprește.

2. Modul de preîncărcare. Dacă pentru dispozitivul STBC08 curentul în acest mod a fost setat ca o valoare egală cu 10% din I BAT, iar tensiunea de comutare în modul DC a fost fixată, atunci în modificarea L6924U acest algoritm a fost păstrat neschimbat, dar în cipul L6924D atât dintre acești parametri se setează folosind rezistențe externe conectate la intrările I PRE și V PRE.

3. Semnul finalizării încărcării în a treia fază (mod de stabilizare a tensiunii continue) în dispozitivele STBC08 și STC4054 a fost stabilit ca valoare egală cu 10% din I BAT. În microcircuitele L6924, acest parametru este programat de valoarea unui rezistor extern conectat la pinul I END. În plus, pentru cipul L6924D, este posibil să se reducă tensiunea la pinul V OUT de la valoarea general acceptată de 4,2 V la 4,1 V.

4. Valoarea curentului maxim de încărcare I PRG în aceste microcircuite este stabilită în mod tradițional - prin valoarea unui rezistor extern.

După cum puteți vedea, în „încărcarea” simplă STBC08 și STC4054, a fost setat un singur parametru folosind un rezistor extern - curentul de încărcare. Toți ceilalți parametri au fost fie fixați rigid, fie au fost o funcție de I BAT. Cipurile L6924 au capacitatea de a regla mai mulți parametri și, în plus, oferă „asigurare” pentru durata maximă a procesului de încărcare a bateriei.

Pentru ambele modificări ale L6924, sunt furnizate două moduri de funcționare dacă tensiunea de intrare este generată de un adaptor de rețea AC/DC. Primul este modul regulator liniar de tensiune de ieșire standard. Al doilea este modul regulator cvasi-puls. În primul caz, la sarcină poate fi furnizat un curent, a cărui valoare este puțin mai mică decât valoarea curentului de intrare preluat de la adaptor. În modul de stabilizare DC (a doua fază - faza de încărcare rapidă), diferența dintre tensiunea de intrare și tensiunea de la „plus” bateriei este disipată ca energie termică, în urma căreia puterea disipată în această fază de încărcare este maxim. Când funcționează în modul regulator de comutare, un curent a cărui valoare este mai mare decât valoarea curentului de intrare poate fi furnizat sarcinii. În acest caz, se pierde semnificativ mai puțină energie în căldură. Acest lucru, în primul rând, reduce temperatura din interiorul carcasei și, în al doilea rând, crește eficiența dispozitivului. Dar trebuie avut în vedere faptul că precizia stabilizării curentului în modul liniar este de aproximativ 1%, iar în modul pulsat - aproximativ 7%.

Funcționarea microcircuitelor L6924 în moduri liniare și cvasi-impuls este ilustrată în Figura 4.

Orez. 4.

Cipul L6924U, în plus, poate funcționa nu de la un adaptor de rețea, ci de la un port USB. În acest caz, cipul L6924U implementează câteva soluții tehnice care pot reduce și mai mult disiparea puterii prin creșterea duratei de încărcare.

Cipurile L6924D și L6924U au o intrare suplimentară pentru întreruperea forțată a încărcării (adică oprirea încărcării) SHDN.

În microcircuitele de încărcare simplă, protecția la temperatură constă în oprirea încărcării atunci când temperatura din interiorul carcasei microcircuitului crește la 120°C. Acest lucru, desigur, este mai bine decât nicio protecție, dar valoarea de 120°C pe carcasă este mai mult decât condiționată de temperatura bateriei în sine. Produsele L6924 oferă capacitatea de a conecta un termistor direct legat de temperatura bateriei (rezistorul RT1 în Figura 3). În acest caz, devine posibilă setarea intervalului de temperatură în care va fi posibilă încărcarea bateriei. Pe de o parte, nu este recomandată încărcarea bateriilor cu litiu la temperaturi sub zero și, pe de altă parte, este de asemenea extrem de nedorit dacă bateria se încălzește până la mai mult de 50°C în timpul încărcării. Utilizarea unui termistor face posibilă încărcarea bateriei numai în condiții de temperatură favorabile.

Desigur, funcționalitatea suplimentară a cipurilor L6924D și L6924U nu numai că extinde capacitățile dispozitivului proiectat, dar duce și la o creștere a suprafeței de pe placă, ocupată atât de corpul cipului în sine, cât și de elementele de tăiere externe.

Chip-uri de încărcare a bateriei STBC21 și STw4102

Aceasta este o îmbunătățire suplimentară a cipului L6924. Pe de o parte, este implementat aproximativ același pachet funcțional:

• Mod liniar și cvasi-puls.
• Termistor conectat la baterie ca element cheie de protecție a temperaturii.
• Abilitatea de a seta parametri cantitativi pentru toate cele trei faze ale procesului de încărcare.

Câteva caracteristici suplimentare care lipseau din L6924:

• Protectie inversa polaritatii.
• Protecție la scurtcircuit.
• O diferență semnificativă față de L6924 este prezența unei interfețe digitale I 2 C pentru setarea valorilor parametrilor și alte setări. Ca rezultat, devin posibile setări mai precise ale procesului de încărcare. Schema de conectare recomandată STBC21 este prezentat în Figura 5. Evident, în acest caz, problema economisirii suprafeței de bord și a caracteristicilor stricte de greutate și dimensiune nu se pune. Dar este, de asemenea, evident că utilizarea acestui microcircuit în înregistratoare de voce de dimensiuni mici, playere și telefoane mobile de model simplu nu este intenționată. Mai degrabă, acestea sunt baterii pentru laptopuri și dispozitive similare, unde înlocuirea bateriei este o procedură rar întâlnită, dar nici ieftină.

Orez. 5.

5. Camiolo Jean, Scuderi Giuseppe. Reducerea consumului total de energie fără sarcină al încărcătoarelor de baterii și al aplicațiilor adaptoarelor Polimer // Material de la STMicroelectronics. Postare online:

baterii

Ce curent ar trebui să folosesc pentru a încărca o baterie li-ion 18650? Cum să utilizați corect o astfel de baterie. De ce ar trebui să se teamă sursele de alimentare cu litiu-ion și cum poate o astfel de baterie să-și prelungească durata de viață? Întrebări similare pot apărea într-o mare varietate de industrii electronice.

Și dacă decideți să asamblați prima lanternă sau țigară electronică cu propriile mâini, atunci cu siguranță trebuie să vă familiarizați cu regulile de lucru cu astfel de surse de energie.

O baterie litiu-ion este un tip de baterie electrică care s-a răspândit în echipamentele moderne de uz casnic și electronic din 1991, după ce a fost introdusă pe piață de către SONY. Ca sursă de energie, astfel de baterii sunt folosite în telefoane mobile, laptopuri și camere video, ca sursă de curent pentru țigări electronice și mașini electrice.

Dezavantajele acestui tip de baterie pornesc de la faptul că bateriile litiu-ion de prima generație au fost un explozie pe piață. Nu doar la propriu, ci și la figurat. Aceste baterii au explodat.

Acest lucru s-a explicat prin faptul că în interior a fost folosit un anod metalic de litiu. În timpul numeroaselor încărcări și descărcari ale unei astfel de baterii, pe anod au apărut formațiuni spațiale, ceea ce a dus la scurtcircuitul electrozilor și, ca urmare, la un incendiu sau explozie.

După ce acest material a fost înlocuit cu grafit, această problemă a fost eliminată, dar mai puteau apărea probleme la catod, care era făcut din oxid de cobalt. Dacă condițiile de funcționare sunt încălcate, sau mai degrabă reîncărcarea, problema poate reapare. Acest lucru a fost corectat odată cu introducerea bateriilor cu ferofosfat de litiu.

Toate bateriile moderne litiu-ion previn supraîncălzirea și supraîncărcarea, dar problema pierderii încărcării rămâne la temperaturi scăzute atunci când se folosesc dispozitive.

Printre avantajele incontestabile ale bateriilor litiu-ion, aș dori să remarc următoarele:

• capacitate mare a bateriei;
• autodescărcare scăzută;
• nu necesita intretinere.

Incarcatoare originale

Încărcătorul pentru bateriile litiu-ion este destul de asemănător cu încărcătorul pentru bateriile plumb-acid. Singura diferență este că bateria litiu-ion are tensiuni foarte mari pe fiecare bancă și cerințe mai stricte de toleranță la tensiune.

Acest tip de baterie se numește cutie din cauza asemănării sale externe cu cutiile de băuturi din aluminiu. Cea mai comună baterie de această formă este 18650. Bateria a primit această denumire datorită dimensiunilor sale: 18 milimetri în diametru și 65 milimetri în înălțime.

Dacă pentru bateriile plumb-acid sunt acceptabile unele inexactități în indicarea tensiunilor limită în timpul încărcării, la celulele litiu-ion totul este mult mai specific. În timpul procesului de încărcare, când tensiunea crește la 4,2 volți, alimentarea cu tensiune a elementului ar trebui să se oprească. Eroarea permisă este de numai 0,05 volți.

Încărcătoarele chinezești care se găsesc pe piață pot fi proiectate pentru baterii fabricate din diferite materiale. Li-ion, fără a-și compromite performanța, poate fi încărcat cu un curent de 0,8 A. În acest caz, trebuie să controlați foarte atent tensiunea de pe bancă. Este recomandabil să nu permiteți valori peste 4,2 volți. Dacă ansamblul cu bateria include un controler, atunci nu trebuie să vă faceți griji pentru nimic, controlerul va face totul pentru dvs.

Cel mai ideal încărcător pentru bateriile litiu-ion va fi un stabilizator de tensiune și un limitator de curent la începutul încărcării.

Litiul trebuie să fie încărcat cu o tensiune stabilă și un curent limitat la începutul încărcării.

Incarcator de casa

Pentru a încărca 18650, puteți cumpăra un încărcător universal și nu vă faceți griji despre cum să verificați parametrii necesari cu un multimetru. Dar o astfel de achiziție vă va costa un bănuț destul de.

Prețul pentru un astfel de dispozitiv va varia în jur de 45 USD. Dar puteți petrece încă 2-3 ore și asamblați singur încărcătorul. Mai mult, acest încărcător va fi ieftin, fiabil și îți va opri automat bateria.

Fiecare radioamator are piesele pe care le vom folosi astăzi pentru a ne crea încărcătorul. Dacă nu există radioamator cu piesele necesare la îndemână, atunci de pe piața radio puteți cumpăra toate piesele pentru cel mult 2-4 dolari. Un circuit care este asamblat corect și instalat cu atenție începe să funcționeze imediat și nu necesită nicio depanare suplimentară.

Circuit electric pentru încărcarea unei baterii 18650.

Pe lângă toate, atunci când instalați stabilizatorul pe un calorifer potrivit, vă puteți încărca în siguranță bateriile, fără a vă teme că încărcătorul se va supraîncălzi și va lua foc. Nu același lucru se poate spune despre încărcătoarele chinezești.

Schema funcționează destul de simplu. În primul rând, bateria trebuie încărcată cu un curent constant, care este determinat de rezistența rezistenței R4. După ce bateria are o tensiune de 4,2 volți, începe încărcarea la tensiune constantă. Când curentul de încărcare scade la valori foarte mici, LED-ul din circuit se va opri aprinderea.

Curenții recomandați pentru încărcarea bateriilor litiu-ion nu trebuie să depășească 10% din capacitatea bateriei. Acest lucru va crește durata de viață a bateriei dvs. Dacă valoarea rezistenței R4 este de 11 ohmi, curentul din circuit va fi de 100 mA. Dacă utilizați o rezistență de 5 ohmi, curentul de încărcare va fi de 230 mA.

Cum să prelungești durata de viață a dispozitivului tău 18650

Baterie dezasamblată.

Dacă trebuie să lăsați bateria litiu-ion nefolosită o perioadă de timp, este mai bine să depozitați bateriile separat de dispozitivul pe care îl alimentează. Un element complet încărcat își va pierde o parte din încărcare în timp.

Un element care este încărcat foarte puțin, sau descărcat complet, își poate pierde definitiv funcționalitatea după o perioadă lungă de hibernare. Ar fi optim să stocați 18650 la un nivel de încărcare de aproximativ 50 la sută.

Nu ar trebui să permiteți ca elementul să fie complet descărcat și reîncărcat. Bateriile litiu-ion nu au deloc efect de memorie. Este recomandabil să încărcați astfel de baterii până când încărcarea lor este complet epuizată. Acest lucru poate prelungi și durata de viață a bateriei.

Bateriilor litiu-ion nu le place nici căldura, nici frigul. Condițiile optime de temperatură pentru aceste baterii vor fi în intervalul de la +10 la +25 grade Celsius.

Frigul nu numai că poate reduce timpul de funcționare al elementului, ci și poate distruge sistemul său chimic. Cred că fiecare dintre noi a observat cum nivelul de încărcare a unui telefon mobil scade rapid la frig.

Concluzie

Rezumând toate cele de mai sus, aș dori să observ că, dacă intenționați să încărcați o baterie litiu-ion folosind un încărcător fabricat în magazin, acordați atenție faptului că nu este fabricat în China. Foarte des, aceste încărcătoare sunt fabricate din materiale ieftine și nu respectă întotdeauna tehnologia necesară, ceea ce poate duce la consecințe nedorite sub formă de incendii.

Dacă doriți să asamblați singur dispozitivul, atunci trebuie să încărcați bateria litiu-ion cu un curent care va fi de 10% din capacitatea bateriei. Cifra maximă poate fi de 20 la sută, dar această valoare nu mai este de dorit.

Când utilizați astfel de baterii, ar trebui să respectați regulile de funcționare și depozitare pentru a exclude posibilitatea unei explozii, de exemplu, de supraîncălzire sau defecțiune.

Respectarea condițiilor și regulilor de funcționare va prelungi durata de viață a bateriei litiu-ion și, ca urmare, vă va scuti de costuri financiare inutile. Bateria este asistentul tău. Ai grija de ea!