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

Какими бывают литиевые аккумуляторы

В зависимости от материала, из которого изготовлен положительный электрод литиевой батареи, бывает несколько разновидностей:

  • с кобальтлитиевым катодом;
  • с катодом на основе фосфата лития-железа;
  • на основе никель-кобальт-алюминий;
  • на основе никель-кобальт-марганца.

У всех этих аккумуляторов есть свои особенности, но поскольку эти нюансы не имеют принципиального значения для обычного потребителя, в данной статье они рассматриваться не будут.

Кроме того, все литий-ионные батареи производятся в различных стандартных размерах и форм-факторах. Они могут быть как в корпусе (например, популярный сегодня 18650), так и в ламинированном или призматическом исполнении (гелевые полимерные батареи). Последние представляют собой герметичные пакеты из специальной пленки, в которой расположены электроды и масса электродов.

Наиболее распространенные размеры литий-ионных аккумуляторов показаны в таблице ниже (все они имеют номинальное напряжение 3,7 вольт):

Обозначение Размеры Аналогичные размеры
XXYY0,
где XX — обозначение диаметра в мм,
YY — значение длины в мм,
0 — отражает исполнение в виде цилиндра
10180 2/5 AAA
10220 1/2 AAA (Ø соответствует AAA, но на половину длины)
10280
10430 AAA
10440 AAA
14250 1/2 AA
14270 Ø AA, длина CR2
14430 Ø 14 мм (как AA), но короче
14500 Аа
14670
15266, 15270 CR2
16340 CR123
17500 150S / 300S
17670 2xCR123 (или 168S / 600S)
18350
18490
18500 2xCR123 (или 150A / 300P)
18650 2xCR123 (или 168A / 600P)
18700
22650
25500
26500 С УЧАСТИЕМ
26650
32650
33600 Д
42120

Внутренние электрохимические процессы протекают одинаково и не зависят от форм-фактора и конструкции батареи, поэтому все нижеследующее в равной степени применимо ко всем литиевым батареям.

Как правильно заряжать литий-ионные аккумуляторы

Правильный способ зарядки литиевых батарей — это зарядка в два этапа. Это метод, который Sony использует во всех своих зарядных устройствах. Несмотря на более сложный контроллер заряда, он обеспечивает более полную зарядку литий-ионных аккумуляторов без ущерба для их срока службы.

Здесь мы говорим о двухступенчатом профиле заряда литиевых батарей, обозначаемом сокращенно CC / CV (постоянный ток, постоянное напряжение). Также есть варианты с импульсным и ступенчатым токами, но в этой статье они не рассматриваются. Подробнее об импульсной зарядке можно прочитать здесь.

Итак, рассмотрим подробнее оба этапа зарядки.

1. На первом этапе должен быть обеспечен постоянный зарядный ток. Текущая стоимость 0,2-0,5С. Для ускоренной зарядки допускается увеличение силы тока до 0,5-1,0 С (где С — емкость аккумулятора).

Например, для аккумулятора емкостью 3000 мА / ч номинальный ток зарядки на первой стадии составляет 600-1500 мА, а ток ускоренной зарядки может составлять от 1,5 до 3 А.

Чтобы обеспечить постоянный зарядный ток определенного значения, цепь зарядки (зарядное устройство) должна иметь возможность повышать напряжение на клеммах аккумулятора. По сути, на первом этапе зарядное устройство работает как классический стабилизатор тока.

Важно: если вы планируете заряжать аккумуляторы с помощью встроенной платы защиты (PCB), при проектировании схемы памяти необходимо убедиться, что напряжение холостого хода цепи никогда не может превышать 6-7 вольт. В противном случае заглушка может быть повреждена.

Когда напряжение на аккумуляторе поднимется до значения 4,2 вольта, аккумулятор наберет около 70-80% своей емкости (конкретное значение емкости будет зависеть от тока зарядки: при ускоренной зарядке он будет немного меньше, с номиналом — чуть больше). Этот момент является окончанием первой фазы зарядки и действует как сигнал для перехода ко второй (и последней) фазе.

2. Вторая фаза зарядки заключается в зарядке аккумулятора постоянным напряжением, но с постепенным уменьшением (уменьшением) тока.

На этом этапе зарядное устройство поддерживает на аккумуляторе напряжение 4,15-4,25 В и проверяет текущее значение.

По мере увеличения емкости ток заряда будет уменьшаться. Как только его значение упадет до 0,05-0,01 С, процесс зарядки считается завершенным.

Важным нюансом правильного функционирования зарядного устройства является его полное отключение от аккумулятора после завершения зарядки. Это связано с тем, что для литиевых батарей крайне нежелательно, чтобы они длительное время находились под напряжением, которое обычно обеспечивает зарядное устройство (т.е. 4,18-4,24 вольта). Это приводит к ускоренной деградации химического состава аккумулятора и, как следствие, к снижению его емкости. Длительное пребывание означает десятки часов и более.

Во время второй фазы зарядки аккумулятор успевает набрать еще примерно 0,1-0,15 своей емкости. Таким образом, общий заряд аккумулятора достигает 90-95%, что является очень хорошим показателем.

Мы рассмотрели два основных этапа зарядки. Однако охват проблемы зарядки литиевых батарей был бы неполным, если бы не был упомянут другой этап зарядки, так называемая предварительная зарядка.

Фаза предварительной зарядки (предварительной зарядки) — эта фаза используется только для сильно разряженных аккумуляторов (ниже 2,5 В) для восстановления их нормальных рабочих условий.

В этой фазе заряд подается постоянным током пониженного значения до тех пор, пока напряжение на батарее не достигнет 2,8 В.

предварительный шаг необходим для предотвращения разбухания и разгерметизации (или даже взрыва при пожаре) поврежденных батарей, например, из-за внутреннего короткого замыкания между электродами. Если через такую ​​батарею сразу пропустить большой ток заряда, это неминуемо приведет к ее нагреву, а значит как ему повезло.

Еще одним преимуществом предварительной зарядки является предварительный нагрев аккумулятора, что важно при зарядке при низких температурах окружающей среды (в неотапливаемом помещении в холодное время года).

Интеллектуальная зарядка должна иметь возможность отслеживать напряжение на аккумуляторе во время предварительной фазы зарядки и, если напряжение не повышается в течение длительного времени, делать вывод о неисправности аккумулятора.

Все фазы зарядки литий-ионной батареи (включая фазу предварительной зарядки) схематично представлены на этом графике:

Превышение номинального напряжения заряда 0,15 В может сократить срок службы батареи вдвое. Понижение зарядного напряжения на 0,1 В снижает емкость заряженного аккумулятора примерно на 10%, но значительно продлевает срок его службы. Напряжение полностью заряженного аккумулятора после снятия с зарядного устройства составляет 4,1-4,15 вольт.

Подводя итог вышесказанному, обозначим основные тезисы:

1. Каким током заряжать литий-ионный аккумулятор (например 18650 или любой другой)?

Сила тока будет зависеть от того, насколько быстро вы хотите его зарядить, и может варьироваться от 0,2С до 1С.

Например, для аккумулятора размером 18650 емкостью 3400 мАч минимальный ток заряда составляет 680 мА, а максимальный — 3400 мА.

2. Сколько времени нужно на зарядку, например, тех же аккумуляторов 18650?

Время зарядки напрямую зависит от зарядного тока и рассчитывается по формуле:

Т = С / Ичар.

Например, время зарядки нашего аккумулятора емкостью 3400 мАч при токе 1 А составит около 3,5 часов.

3. Как правильно заряжать литий-полимерный аккумулятор?

Все литиевые батареи заряжаются одинаково. Неважно, литий-полимерный или литий-ионный. Для нас, потребителей, разницы нет.

Конструктивные особенности ЗУ

Классическая схема литиевого зарядного устройства 18650 состоит из двух основных частей:

  • Трансформатор;
  • Выпрямитель.

Он используется для генерации постоянного тока с напряжением 14,4 В. Значение этого параметра выбрано не случайно. Это необходимо для того, чтобы через разряженный аккумулятор прошел ток. А поскольку в это время напряжение аккумулятора около 12В, зарядить его устройством с таким же выходным значением невозможно. Поэтому было выбрано значение 14,4 В.

Что такое PCB, BMS и PCM

Прежде чем понять, как правильно заряжать литий-ионные аккумуляторы, давайте взглянем на аббревиатуры PCB, BMS и PCM, которые неразрывно связаны с этим типом источника тока.

PCB

Как мы выяснили, источники лития плохо переносят глубокие разряды и перегрузки. И действительно, и в другом случае они катастрофически теряют электрическую емкость и выходят из строя. А в случае перегрузки они даже могут загореться.

Чтобы контролировать состояние батареи, часто встраивают модуль PCB — Power Control Board. Его задача — предотвратить глубокую разрядку и перезарядку аккумулятора.

Принцип работы такой формы довольно прост. Расположенный на небольшой плате, контроллер контролирует напряжение на клеммах аккумулятора. Как только оно упадет ниже 2,8 В, микросхема замыкает соответствующий ключ, отключая аккумулятор от нагрузки. В этом случае разрешена загрузка этого элемента.

Если напряжение на клеммах элемента становится больше 4,2 В (полностью заряжено), та же схема отключает элемент от зарядного устройства другим ключом, но нагрузка может быть запитана. Следовательно, аккумулятор нельзя ни перезарядить, ни разрядить до критического значения.

Эти платы защиты встроены в большинство литиевых батарей. Единственное исключение — предметы, предназначенные для устройств с собственными системами контроля заряда батареи. Например, возьмем аккумулятор ноутбука, собранный из шести аккумуляторов 18650 без встроенной защиты.

Важно! Перед покупкой аккумулятора необходимо проверить, оснащен ли он модулем печатной платы. В противном случае статус элемента необходимо будет контролировать самостоятельно. Большинство элементов с модулем печатной платы обозначены на корпусе.

PCM

PCM (Power Charge Module) обычно встраивается не в элемент, а в устройство, в котором элемент работает. Например, в смартфоне. Если печатная плата контролирует только уровень заряда аккумулятора, блок PCM полностью контролирует процесс зарядки: он подает необходимый ток, контролирует температуру элемента, напряжение на нем.

Это именно тот узел, который мы называем контроллером зарядки. Это главный «диспетчер»: отключает зарядку при полном заряде аккумулятора, принудительно выключает мобильное устройство при предельно низком напряжении на аккумуляторе. В этом случае модуль PCB будет лишь дополнительной защитой — он практически не работает. Однако есть модули PCM, которые отвечают только за правильную зарядку, но не контролируют разряд. В этом случае модуль PCB включается в работу, интегрируется в элемент или доп.

Мнение эксперта Алексей Бартош Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники. Задайте важный вопрос! Контроллер зарядки не следует путать с зарядным устройством (адаптером) для того же смартфона. Зарядное устройство представляет собой обычный блок питания на 5 вольт. Процесс зарядки аккумулятора контролируется встроенной в смартфон интегральной схемой. Единственным исключением являются интеллектуальные зарядные устройства, разработанные специально для зарядки литиевых батарей (даже без модуля управления).

BMS

Блок BMS (Battery Monitoring System) находится в батареях, состоящих из последовательно соединенных батарей. Он есть, например, в аккумуляторе любого ноутбука. Задача агрегата — следить за состоянием каждой отдельной батареи и организовывать их слаженную работу. Разберем подробно задачу, которую он выполняет. Итак, перед нами аккумулятор, состоящий из четырех последовательно соединенных батарей.

Предположим, все элементы полностью заряжены. Напряжение на каждом из них 4,2В, вся батарея 16,8 В. Начинаем разряжаться. Одинаковый ток разряда протекает через все элементы, что означает, что они разряжаются одинаково. Но это только в теории. В процессе работы батареи теряют емкость по-разному, то есть даже при одинаковом токе одна ячейка разряжается быстрее, другая — медленнее. В результате некоторые батареи будут полностью разряжены, в то время как остальные все еще будут «тянуть», и выходное напряжение всей батареи по-прежнему будет нормальным.

То же будет и при зарядке. Ячейка с меньшей емкостью будет заряжаться быстрее, а пока другие приобретут необходимую емкость, она перезарядится и выйдет из строя. Задача модуля BMS — следить за состоянием каждого элемента и принимать определенные меры, если напряжение на любом из них становится критическим. Если он ниже, вся батарея отключается от нагрузки. Если выше, соответствующий элемент отключается от зарядного устройства, а остальные продолжают заряжаться.

Здоровый! Часто блок BMS называют балансиром, а выполняемая им работа — балансир. При последовательном соединении аккумуляторов в батарею обязательно должна быть установлена ​​схема балансировки. В противном случае батареи быстро разрядятся и могут загореться.

Общий принцип сборки для любого зарядного для 18650

В первую очередь нужно сделать доску. Вы можете разработать его самостоятельно (в программах типа Sprint LayOut), можете найти готовый в Интернете. Тогда есть два пути:

  1. Создайте доску, используя метод LUT или другую домашнюю технологию.
  2. Заказ столика в Китае.

Во втором варианте карта обязательно будет лучшего качества, но будет стоить дороже и ждать придется больше суток.

Собирая зарядное устройство 18650 на специализированных микросхемах, следует учитывать, что их корпуса зачастую сверхминиатюрны и для пайки таких ячеек требуются отдельные навыки.

Топ 5 зарядных устройств для литиевых аккумуляторов

Ну а для тех, кто не считает нужным или возможным собрать литий-ионное зарядное устройство своими руками, представляем самые популярные устройства для зарядки цилиндрических аккумуляторов 18650.

Самые популярные зарядные устройства для литий-ионных аккумуляторов:

Оценка Появление Шаблон Режиссер Размер батареи Количество отсеков (независимых каналов) Дополнительные функции Цена, руб. Где я могу купить
1 Nitecore D4 ТМ Nitecore AA (R6), AAA (R03), AAAA, C (R14), 26650, 22650, 18650, 10440, 14500, 16340, CR123A, 17670, 17500, 18490, 18350 4 ЖК-дисплей, тест, определение электрической емкости, защита от перегрузки, переполюсовка, питание от автомобильного прикуривателя 2 100 I. Рынок
2 Лиитокала Лии-500 Лиитокала 18650, 18490, 18350, 17670, 17500, 17335, 16340 (RCR123), 14500, 10440, 26650, 22650, 26500, A, AA, AAA, SC 4 ЖК-дисплей, тест, определение электрической емкости, защита от перегрузки, обратная полярность, USB-порт 5 В / 1 А 2400 I. Рынок
3 Опус BT-C3100 v2.2 Opus AA, AAA, C (R14), 10440, 16340, 14500, 17500, 17335, 17500, 18490, 17670, 18650, 22650, 26650 4 ЖК-дисплей, тест, определение электрической емкости, защита от перегрузки, обратная полярность, многоступенчатая зарядка 2 900 I. Рынок
4 SkyRC MC3000 SkyRC AA, AAA, C, D, SC, AAAA, 18650, 14500, 16340, 32650, 14650, 17670, 10440, 18700, 18350, RCR123, 18500, 18490, 25500, 13500, 13450, 16650, 22650, 17500, 10340, 17650, 10500, 26500, 12340, 12500, 12650, 14350, 14430, 16500, 17350, 20700, 21700, 22500, 32600 4 ЖК-дисплей, проверка, определение электрической емкости, защита от перегрузки, обратная полярность, дистанционное управление через Bluetooth 4.0, контроль температуры, USB-порт 5V / 2.1A, питание от бортовой сети автомобиля 7 100 I. Рынок
5 P10 полюс Полюс AA, AAA восемь Светодиодная индикация, фиксированный ток заряда 180 или 200 мА, парная зарядка, низкая цена 900

Что такое плата защиты?

В статье рассмотрены схемы защиты литиевых аккумуляторов от чрезмерного разряда.

Плата защиты (или PCB — плата управления питанием) предназначена для защиты от короткого замыкания, перезаряда и чрезмерной разрядки литиевой батареи. Как правило, в модули защиты встроена и защита от перегрева.

Из соображений безопасности запрещается использовать литиевые батареи в бытовых приборах, если они не имеют встроенной платы защиты. Поэтому все аккумуляторы сотовых телефонов всегда имеют печатную плату. Выходные клеммы АКБ расположены прямо на плате:

На этих платах используется шестиногий контроллер заряда на базе специализированного микруха DW01 (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 и др.). Задача этого контроллера — отключать АКБ от нагрузки при полном разряде АКБ и отключать АКБ от заряда при достижении 4,25В.

Например, вот схема карты защиты батареи BP-6M, которая поставлялась со старыми телефонами Nokia:

Если говорить о 18650, то они могут выпускаться как с платой защиты, так и без нее. Модуль защиты расположен в области отрицательного вывода аккумуляторной батареи.

Плата увеличивает длину батареи на 2-3 мм.

Батареи без печатных плат обычно входят в состав батарей со своими собственными схемами защиты.

Любой аккумулятор с защитой запросто превратится в аккумулятор без защиты, его нужно просто выпотрошить.

На сегодняшний день максимальная емкость аккумулятора 18650 составляет 3400 мАч. Защищенные батареи должны иметь маркировку на корпусе («Защищено»).

Не путайте печатную плату с модулем зарядки питания (PCM). Если первые служат только для защиты аккумулятора, вторые предназначены для управления процессом зарядки: они ограничивают ток зарядки до определенного уровня, регулируют температуру и, в целом, обеспечивают весь процесс. Плата PCM — это то, что мы называем контроллером заряда.

Надеюсь, теперь вопросов больше нет, как зарядить аккумулятор 18650 или любую другую литиевую батарею? Итак, перейдем к небольшой подборке готовых схемных решений зарядных устройств (те же контроллеры заряда).

Схемы зарядок li-ion аккумуляторов

Все схемы подходят для зарядки любого литиевого аккумулятора, остается только определиться с током зарядки и базой элемента.

Некоторые диаграммы включают макет печатной платы Sprint Layout. Вы можете скачать шестую версию программы по этой ссылке.

LM317

Схема простого зарядного устройства на микросхеме LM317 с индикатором заряда:

Схема простая, вся настройка сводится к установке выходного напряжения 4,2 вольта с помощью подстроечного резистора R8 (батарея не подключена!) И установке тока заряда подбором резисторов R4, R6. Мощность резистора R1 не менее 1 Вт.

Как только светодиод погаснет, процесс зарядки можно считать завершенным (зарядный ток никогда не упадет до нуля). Не рекомендуется держать аккумулятор в таком заряде долгое время после того, как он будет полностью заряжен.

Микросхема lm317 широко применяется в различных стабилизаторах напряжения и тока (в зависимости от схемы переключения). Он продается на каждом углу и стоит всего копейки (10 штук можно получить всего за 55 рублей).

LM317 доступен в разных корпусах:

Назначение контактов (распиновка):

Аналогами микросхемы LM317 являются: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, KR142EN12, KR1157EN1 (два последних отечественного производства).

Ток зарядки можно увеличить до 3А, если взять LM350 вместо LM317. Правда будет дороже — 11 руб / шт.

Печатная плата и схематическая сборка показаны ниже:

Старый советский транзистор КТ361 можно заменить на аналогичный pnp-транзистор (например, КТ3107, КТ3108 или буржуйский 2N5086, 2SA733, BC308A). Его можно полностью снять, если индикатор заряда не нужен.

Недостаток схемы: напряжение питания должно быть в пределах 8-12В. Это связано с тем, что для нормальной работы микросхемы LM317 разница между напряжением на АКБ и напряжением питания должна быть не менее 4,25 вольт. Следовательно, он не будет работать от порта USB.

MAX1555 или MAX1551

MAX1551 / MAX1555 — это специальные зарядные устройства Li +, которые могут получать питание через USB или отдельный адаптер питания (например, зарядное устройство для телефона).

Единственное различие между этими микросхемами заключается в том, что MAX1555 выдает сигнал для индикатора процесса зарядки, а MAX1551 выдает сигнал о включении питания. Те. 1555 все еще предпочтительнее в большинстве случаев, поэтому 1551 сейчас трудно найти в продаже.

Подробное описание данных микросхем от производителя

Максимальное входное напряжение от адаптера постоянного тока составляет 7 В, при питании от USB — 6 В. При падении напряжения питания до 3,52 В микросхема отключается и зарядка прекращается.

Микросхема сама определяет, на каком входе присутствует напряжение питания и подключается к нему. Если питание подается по шине ЮСБ, максимальный ток заряда ограничен 100 мА — это позволяет подключить зарядное устройство к USB-порту любого компьютера, не опасаясь сжечь южный мост.

При питании от отдельного источника питания типичный ток заряда составляет 280 мА.

Микросхемы имеют встроенную защиту от перегрева. Даже в этом случае схема продолжает работать, снижая ток заряда на 17 мА на каждый градус выше 110 ° C.

Есть функция предварительной зарядки (см. Выше): пока напряжение на АКБ меньше 3В, микросхема ограничивает зарядный ток до 40 мА.

Микросхема имеет 5 контактов. Вот типовая схема подключения:

Если есть гарантия, что напряжение на выходе вашего адаптера ни в коем случае не будет превышать 7 вольт, то можно обойтись без стабилизатора 7805.

Опция USB-зарядки может быть установлена, например, на такой печатной плате.

Микросхема не требует внешних диодов или внешних транзисторов. В общем конечно шикарные микрухи! Только они маловаты, сваривать неудобно. И они тоже дорогие (посмотрите на цены и сходите с ума).

LP2951

Стабилизатор LP2951 производится National Semiconductors. Он обеспечивает встроенную функцию ограничения тока и позволяет формировать стабильный уровень зарядного напряжения литий-ионного аккумулятора на выходе схемы.

Напряжение зарядки составляет 4,08 — 4,26 вольт и устанавливается резистором R3 при отключенном аккумуляторе. Напряжение держится очень точно.

Рекомендую не превышать 4,2 В. Если вы заряжаете до 4.1-4.15, вы потеряете очень небольшую емкость, но аккумулятор выдержит гораздо больше циклов зарядки / разрядки.

Зарядный ток составляет 150 — 300 мА, это значение ограничено внутренними схемами микросхемы LP2951 (в зависимости от производителя).

Используйте диод с небольшим обратным током. Например, это может быть любая модель серии 1N400X, которую вы можете купить. Диод используется как блокирующий диод для предотвращения обратного тока от аккумулятора в микросхему LP2951 при отключении входного напряжения.

Эта зарядка обеспечивает достаточно низкий зарядный ток, так что любую батарею 18650 можно заряжать за ночь.

Микросхему можно купить как в DIP-корпусе, так и в SOIC-корпусе (стоимость около 10 рублей за штуку).

MCP73831

Микросхема позволяет сделать правильные зарядные устройства и к тому же дешевле рекламируемого MAX1555.

Типовая схема подключения взята из даташита:

Важным преимуществом схемы является отсутствие силовых резисторов с низким сопротивлением, ограничивающих ток заряда. Здесь ток задается резистором, подключенным к 5 выводу микросхемы. Его сопротивление должно быть в пределах 2-10 кОм.

Комплектное зарядное устройство выглядит так:

Микросхема при работе достаточно хорошо нагревается, но это, похоже, ей не мешает. Свою функцию выполняет.

Вот еще один вариант печатной платы со светодиодом smd и разъемом micro USB:

(скачать этот лист в формате * .lay)

Возможно, это один из самых простых зарядных устройств для литий-ионных аккумуляторов DIY 18650. Также подходит для литий-полимерных аккумуляторов.

Если тока 500 мА не хватает, советую обратить внимание на схему с TP4056.

LTC4054 (STC4054)

Очень простая схема, отличный вариант! Допускает зарядку током до 800 мА (см. Описание микросхемы). Правда, он имеет свойство сильно нагреваться, но в этом случае встроенная защита от перегрева снижает ток.

Схема может быть значительно упрощена, отказавшись от одного или даже обоих светодиодов с транзистором. Так это будет выглядеть (согласитесь, проще некуда: пара резисторов и конденсатор):

Один из вариантов печатной платы доступен по этой ссылке. Плата рассчитана на 0805 элементов типоразмера.

Зарядный ток (в амперах) рассчитывается по формуле I = 1000 / Р. Ставить сразу большой ток не стоит, сначала посмотрите, насколько сильно нагреется микросхема. Для своих целей я взял резистор 2,7 кОм, при этом ток зарядки оказался около 360 мА.

радиатор для этой микросхемы вряд ли удастся приспособить и не факт, что он будет эффективным из-за высокого термического сопротивления перехода кристалла. Производитель рекомендует делать радиатор «сквозь штыри», делая дорожки максимально толстыми, а пленку оставлять под корпусом микросхемы. В общем, чем больше останется «земляной» фольги, тем лучше.

Кстати, большая часть тепла рассеивается через третью ножку, поэтому эту дорожку можно сделать очень широкой и толстой (залить излишками припоя).

Пакет микросхемы LTC4054 может иметь маркировку LTH7 или LTADY.

LTH7 отличается от LTADY тем, что первый может поднять сильно разряженный аккумулятор (на котором напряжение меньше 2,9 вольт), а второй нет (качать нужно отдельно).

Микросхема оказалась очень удачной, поэтому у нее много аналогов: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, IT4504, Y1880, PT6102, PT6181, VS626101, CX450 Q7051. Перед использованием любого из аналогов сверьтесь с техпаспортом.

TP4056

Микросхема выполнена в корпусе СОП-8 (см. Паспорт), имеет металлический коллектор тепла на брюшке, не соединенный с контактами, что позволяет более эффективно отводить тепло. Позволяет заряжать аккумулятор током до 1А (сила тока зависит от установленного сопротивления тока).

Схема подключения требует минимум навесных элементов:

В схеме реализован классический процесс зарядки: сначала зарядка постоянным током, затем постоянным напряжением и уменьшающимся током. Все научно. Если разбирать заправку поэтапно, можно выделить несколько этапов:

  1. Контроль напряжения подключенного аккумулятора (происходит постоянно).
  2. Фаза предварительной зарядки (если батарея разряжена ниже 2,9 В). Нагрузка с током 1/10 запрограммированного резистора Rprog (100 мА при Rprog = 1,2 кОм) на уровне 2,9 В.
  3. Зарядка постоянным максимальным током (1000 мА при Rпрог = 1,2 кОм);
  4. Когда аккумулятор достигает 4,2 В, напряжение на аккумуляторе фиксируется на этом уровне. Начинается постепенное уменьшение зарядного тока.
  5. Когда ток достигает 1/10 запрограммированного сопротивления Rprog (100 мА при Rprog = 1,2 кОм), зарядное устройство отключается.
  6. По окончании заряда контроллер продолжает контролировать напряжение аккумулятора (см. Пункт 1). Ток, потребляемый цепью контроля, составляет 2-3 мкА. После того, как напряжение упадет до 4,0В, зарядка снова включится. И так по кругу.

Зарядный ток (в амперах) рассчитывается по формуле I = 1200 / Rпрог. Максимально допустимый ток составляет 1000 мА.

На графике показан реальный тест зарядки с аккумулятором 18650 3400 мАч:

Преимущество микросхемы в том, что зарядный ток задается всего одним резистором. Мощные резисторы с низким сопротивлением не нужны. Дополнительно есть индикатор процесса зарядки и индикация окончания зарядки. Когда аккумулятор не подключен, индикатор мигает каждые несколько секунд.

Напряжение питания схемы должно быть в пределах 4,5… 8 вольт. Чем ближе к 4.5В, тем лучше (так чип меньше нагревается).

Первая ножка используется для подключения встроенного датчика температуры в литий-ионном аккумуляторе (обычно это средний кабель аккумулятора сотового телефона). Если выходное напряжение составляет менее 45% или более 80% от напряжения питания, зарядка приостанавливается. Если вам не нужен контроль температуры, поставьте эту ногу на землю.

Внимание! У этой схемы есть существенный недостаток: отсутствие схемы защиты аккумулятора от обратной полярности. В этом случае гарантировано сгорание контроллера из-за превышения максимального тока. В этом случае напряжение питания схемы идет напрямую на аккумулятор, что очень опасно.

Знак простой, делается за один час на коленке. Если времени мало, можно заказать готовые формы. Некоторые производители готовых модулей добавляют защиту от перегрузки по току и от перегрузки (здесь, например, вы можете выбрать, какая карта вам нужна, с защитой или без защиты и с каким разъемом).

Также можно найти готовые платы с выходным контактом для датчика температуры. Или даже зарядный модуль с несколькими параллельными микросхемами TP4056 для увеличения зарядного тока и с защитой от обратной полярности (пример).

LTC1734

Это тоже очень простая схема. Ток зарядки устанавливается резистором Rprog (например, если вставить резистор 3 кОм, ток будет 500 мА).

Микросхемы обычно имеют маркировку на корпусе: LTRG (часто встречается в старых телефонах Samsung).

Транзистор подходит вообще к любому pnp, главное, чтобы он был рассчитан на определенный ток зарядки.

На показанной диаграмме нет индикатора заряда, но в таблице данных на LTC1734 указано, что контакт «4» (Prog) выполняет две функции: устанавливать ток и контролировать окончание заряда батареи. В качестве примера показана схема с контролем окончания заряда с помощью компаратора LT1716.

Компаратор LT1716 в этом случае можно заменить на недорогой LM358.

TL431 + транзистор

Наверное, сложно найти схему из более дешевых комплектующих. Сложная часть здесь — найти источник опорного напряжения TL431. Но они настолько распространены, что встречаются практически везде (редко какой блок питания обходится без этой микросхемы).

Что ж, транзистор TIP41 можно заменить любым другим с подходящим коллекторным током. Подойдут и старые советские КТ819, КТ805 (или менее мощные КТ815, КТ817).

Настройка схемы снижается до настройки выходного напряжения (без батареи !!!) с помощью отключающего резистора 4,2 В. Резистор R1 устанавливает максимальный ток заряда.

В этой схеме полностью реализован двухэтапный процесс перезарядки литиевых батарей: сначала зарядка постоянным током, затем переход к фазе стабилизации напряжения и постепенное снижение тока почти до нуля. Единственный недостаток — плохая повторяемость схемы (капризность в настройке и требовательность к используемым компонентам).

MCP73812

Еще одна микросхема, незаслуженно обделенная вниманием Microchip — MCP73812 (см. Даташит). Исходя из этого, вы получаете очень дешевый (и недорогой!) Вариант оплаты. Весь обвес — это просто резистор!

Кстати, микросхема выполнена в удобном для пайки корпусе — СОТ23-5.

Единственный минус — сильно греется и нет индикации заряда. Кроме того, он как-то не очень надежно работает при низком энергопотреблении (что вызывает падение напряжения).

В общем, если индикация зарядки для вас не важна и вам подходит ток 500 мА, MCP73812 — отличный вариант.

NCP1835

Предлагается полностью интегрированное решение — NCP1835B, обеспечивающее высокую стабильность зарядного напряжения (4,2 ± 0,05 В).

Пожалуй, единственный недостаток этой микросхемы — слишком малые размеры (корпус DFN-10, размер 3×3 мм). Обеспечить качественную сварку таких миниатюрных элементов удается далеко не каждому.

Среди неоспоримых достоинств хотелось бы выделить следующие:

  1. Минимальное количество деталей обвеса.
  2. Возможность зарядки полностью разряженного аккумулятора (предварительно заряженного током 30 мА);
  3. Определение конца офиса.
  4. Программируемый ток зарядки — до 1000 мА.
  5. Индикация заряда и ошибки (может обнаруживать неперезаряжаемые батареи и сообщать об этом).
  6. Защита от непрерывной зарядки (изменяя емкость конденсатора St, можно установить максимальное время зарядки от 6,6 до 784 минут).

Стоимость чипа не настолько дешевая, но и не настолько высока (~ $ 1), чтобы вы отказались от его использования. Если вы дружите со сварщиком, я бы порекомендовал выбрать этот вариант.

Более подробное описание находится в техпаспорте.

Можно ли заряжать литий-ионный аккумулятор без контроллера?

Да, ты можешь. Однако это потребует тщательного контроля зарядного тока и напряжения.

Вообще зарядить аккумулятор например наш 18650 без зарядного устройства не получится. Однако необходимо несколько ограничить максимальный ток заряда, поэтому хотя бы самое примитивное зарядное устройство все же понадобится.

Самым простым зарядным устройством для любого литиевого аккумулятора является резистор, включенный последовательно с аккумулятором:

Сопротивление и рассеиваемая мощность резистора зависят от напряжения источника питания, который будет использоваться для зарядки.

Рассчитаем сопротивление для блока питания на 5 вольт на примере. Заряжаем аккумулятор 18650 емкостью 2400 мАч.

Итак, в начале заряда падение напряжения на резисторе будет:

Ur = 5 — 2,8 = 2,2 Вольт

Предположим, наш блок питания на 5 В рассчитан на максимальный ток 1 А. Схема будет потреблять наибольший ток в начале заряда, когда напряжение на батарее минимально и составляет 2,7–2,8 В.

Предупреждение: эти расчеты не учитывают возможность того, что аккумулятор может разрядиться очень глубоко и напряжение на нем может быть намного ниже, вплоть до нуля.

Следовательно, сопротивление резистора, необходимое для ограничения тока в начале заряда на уровне 1 Ампер, должно быть:

R = U / I = 2,2 / 1 = 2,2 Ом

Мощность рассеивания резистора:

Pr = I2R = 1 * 1 * 2,2 = 2,2 Вт

По окончании заряда аккумулятора, когда напряжение на нем приблизится к 4,2В, зарядный ток будет:

Isar = (Uip — 4,2) / R = (5 — 4,2) / 2,2 = 0,3 А

То есть, как мы видим, все значения не выходят за пределы допустимого для данного аккумулятора: начальный ток не превышает максимально допустимого тока заряда для данного аккумулятора (2,4 А), а конечный ток превышает ток при котором аккумулятор перестает набирать емкость (0,24 А).

Главный недостаток такой зарядки — необходимость постоянно контролировать напряжение на аккумуляторе. И вручную отключите заряд, как только напряжение достигнет 4,2 Вольта. Дело в том, что литиевые батареи очень плохо переносят даже кратковременный скачок напряжения — массы электродов начинают быстро деградировать, что неминуемо приводит к потере емкости. При этом создаются все предпосылки для перегрева и разгерметизации.

Если в вашем аккумуляторе есть встроенная плата защиты, о которой говорилось чуть выше, то все упрощается. Когда на аккумуляторе достигается определенное напряжение, карта автоматически отключает его от зарядного устройства. Однако у этого способа зарядки есть существенные недостатки, о которых мы говорили в этой статье.

Встроенная защита аккумулятора никогда не позволит перезарядить его. Вам просто нужно проверить ток зарядки, чтобы он не превышал допустимые значения для этой батареи (к сожалению, платы защиты не знают, как ограничить ток зарядки).

Зарядка при помощи лабораторного блока питания

Если у вас есть источник питания с ограниченным током, вы в безопасности! Такой источник питания уже является полноценным зарядным устройством, реализующим правильный профиль зарядки, о котором мы писали выше (CC / CV).

Все, что вам нужно сделать для зарядки литий-ионных аккумуляторов, — это установить 4,2 вольта на блоке питания и установить желаемый предел тока. А аккумулятор можно подключить.

Первоначально, когда батарея еще разряжена, лабораторный источник питания будет работать в режиме защиты по току (т.е стабилизировать выходной ток на определенном уровне). Затем, когда напряжение на банке поднимется до заданного значения 4,2 В, блок питания перейдет в режим стабилизации напряжения и ток начнет уменьшаться.

Когда ток упадет до 0,05-0,1 С, аккумулятор можно считать полностью заряженным.

Как видите, лабораторный блок питания — это практически идеальное зарядное устройство! Единственное, что он не умеет делать автоматически, — это принять решение полностью зарядить аккумулятор и выключить его. Но это ерунда, на которую даже не стоит обращать внимание.

Как заряжать литиевые батарейки?

И если мы говорим об одноразовой батарее, не предназначенной для зарядки, правильный (и единственно правильный) ответ на этот вопрос — НЕТ.

Дело в том, что любая литиевая батарея (например, широко распространенная CR2032 в виде плоского планшета) отличается наличием внутреннего пассивирующего слоя, покрывающего литиевый анод. Этот слой предотвращает химическую реакцию анода с электролитом. А внешний источник питания разрушает защитный слой наверху, вызывая повреждение аккумулятора.

Кстати, если говорить о неперезаряжаемой батарее CR2032, то есть LIR2032, которая очень на нее похожа, то это уже полноценный аккумулятор. Его можно и нужно заряжать. Одно только его напряжение не 3, а 3,6В.

О том, как заряжать литиевые аккумуляторы (будь то аккумулятор телефона, аккумулятор 18650 или любой другой литиево-ионный аккумулятор), было рассмотрено в начале статьи.

Новые модули

TP5000, модернизированная плата для зарядки литий-ионных и литий-железо-фосфатных аккумуляторов (для включения режима нужно припаять перемычку) током 1-2А (резисторы для регулирования тоже нужно подбирать, но модуль он фактически потребляет зарядный ток 2А) и напряжение источника питания до 9В. Модуль имеет импульсную схему, поэтому он немного нагревается, имеет высокий КПД, что может быть важно, например, при зарядке аккумулятора от солнечных батарей.

TP5100, модуль для загрузки последовательной сборки 2с (надо перемычку припаять), тоже имеет импульсную схему (почти не нагревается), на вход нужно подавать напряжение от 9 до 15-19 В. Судя по по описанию продавца ток зарядки тоже можно увеличить до 2А.

Источники

  • http://electro-shema.ru/chertezhi/zaryadka-dlya-li-ion-akkumulyatorov.html
  • http://GeneratorVolt.ru/ehlektrogenerator/vybor-zaryadnogo-ustrojjstva-dlya-litievykh-akkumulyatorov.html
  • https://Acums.ru/akkumulyatory/kak-zaryazhat-litiy-ionniy
  • https://Zapitka.ru/akkumulyatory/zaryadnoe-ustrojstvo-dlya-litievyh-18650-svoimi-rukami
  • https://alexgyver.ru/lithium_charging/

Оцените статью
Блог про источники энергии