Bezpieczne ładowanie akumulatorów litowo-jonowych. Schemat, opis

Bezpłatna biblioteka techniczna

ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ
Darmowa biblioteka / Schematy urządzeń radioelektronicznych i elektrycznych

Bezpieczne ładowanie akumulatorów litowo-jonowych. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Bezpłatna biblioteka techniczna

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Ładowarki, akumulatory, ogniwa galwaniczne

Komentarze do artykułu

W ostatnich latach magazyn Radio opisał wiele ładowarek, w tym tzw. „inteligentnych”, które nie tylko maksymalnie automatyzują proces ładowania akumulatora (regulują prąd ładowania w zależności od napięcia na nim, włączają go wyłączyć, gdy jest w pełni naładowany), ale także rozładować go do wymaganego napięcia początkowego przed ładowaniem. Jednak wszystkie te urządzenia są przeznaczone do akumulatorów Ni-Cd i Ni-MH i nie bardzo nadają się do ładowania akumulatorów Li-ion (litowo-jonowych) ze względu na swoje specyficzne cechy. W opublikowanym artykule opisano prostą ładowarkę przeznaczoną do ładowania właśnie takich akumulatorów.

Pomimo obfitości informacji na temat akumulatorów litowo-jonowych, Internet jest pełen sporów użytkowników, wskazujących na potrzebę dość prostego i niezawodnego urządzenia do ich ładowania. Zaproponowana konstrukcja jest tylko jednym z możliwych rozwiązań tego problemu, ukierunkowanych przede wszystkim na niski koszt jej wytworzenia. W przeciwieństwie do np. urządzenia opisanego w [1], koszt zastosowanych w nim mikroukładów nie przekroczy 1 USD.

Oczywiście istnieją wskaźniki, których ze względu na taniość w żadnym wypadku nie należy lekceważyć. Najważniejszym z nich jest bezpieczeństwo eksploatacji, które stało się „osobą zaangażowaną” w krótkofalarskie opowieści o eksplozjach akumulatorów litowo-jonowych podczas nieostrożnych eksperymentów z nimi. W [2] wystarczająco szczegółowo opisano środki podjęte przez firmy w celu zapobieżenia niezamierzonemu zniszczeniu akumulatorów litowych. Niemniej jednak producenci ostrzegają przed niedopuszczalnością rozładowywania ich do napięcia poniżej 2,5 V lub dużych (powyżej 2,5 A) prądów, a także ładowania. Zarówno głębokie rozładowanie, jak i długotrwałe ładowanie prądem, nawet kilkumikroamperowym, może stymulować tworzenie się dendrytów na elektrodach akumulatora i powodować jego przedwczesną awarię. Wniosek nasuwa się więc sam: aby wydłużyć „żywotność” akumulatora litowo-jonowego, lepiej doładować go w odpowiednim czasie (nie czekając, aż napięcie spadnie do 2,5 V), niekoniecznie osiągając pełne (100 %) opłata.

Na tej właśnie zasadzie działa opisywane urządzenie przeznaczone do ładowania baterii LGR18650E (jego charakterystyka jest zbliżona do NEC ICR-18650 [2]). W razie potrzeby, korzystając ze wzorów obliczeniowych podanych w artykule, możesz zmodyfikować ładowarkę o inne cechy.

Schemat obwodu urządzenia pokazano na rysunku. Jego podstawą jest wyspecjalizowany mikroukład DA1 TSM101A, produkowany w obudowach D1P8 i S08.

(kliknij, aby powiększyć)

Jak wiadomo akumulatory litowo-jonowe należy najpierw naładować stałym prądem, a po osiągnięciu zadanego poziomu napięcia musi on spadać wykładniczo [2]. W proponowanym urządzeniu wzmacniacz operacyjny DA1.2 porównuje sygnał z czujnika prądu ładowania - rezystora R3 - z częścią napięcia odniesienia Uo6p = 1,24 V, pobranego z rezystora R7 silnika i delikatnie otwiera tranzystor VT1 dokładnie tak, jak tyle, ile jest konieczne do wytworzenia wymaganego spadku napięcia na czujniku prądu. Ponadto urządzenie zapewnia tzw. tryb kondycjonowania podczas ładowania głęboko rozładowanego akumulatora.

Obliczmy parametry urządzenia. Ponieważ w tym przypadku nie zapewniono monitorowania termicznego akumulatora, ograniczymy się do maksymalnego prądu ładowania Icharge = 1 A. Oczywiście można go zwiększyć do 1,6 A, ale w tym przypadku należy wziąć pod uwagę zalecenia zawarte np. w [3]. Niewykorzystany w tym przypadku wzmacniacz operacyjny układu DA2 ułatwia wdrożenie kontroli termicznej ładowanego akumulatora.

Dla przyjętej wartości prądu ładowania spadek napięcia na rezystorze R3 wynosi 0,22 V. To właśnie takie napięcie należy ustawić na silniku rezystora R7 przed zamontowaniem w urządzeniu, przykładając napięcie 1,24 V ze stabilizowanego źródło zasilania do jego górnego (zgodnie z układem) wyjścia.

Tryb kondycjonowania akumulatora G1 powinien włączyć się automatycznie, jeżeli napięcie na nim na początku ładowania nie przekracza 2,5 V. W tym celu komparator DA3.1 monitoruje napięcie na G1 (poprzez dzielnik - rezystor dostrajający R11), a jeśli jest mniejszy niż 2,5 B, tranzystor wyjściowy komparatora otwiera się do nasycenia, łącząc pin 2 układu DA1 ze wspólnym przewodem, a tym samym włączając przykładowe źródło prądu. Podobnie jak w poprzednim przypadku, przed zainstalowaniem rezystora R11 w urządzeniu, na jego górne (zgodnie z obwodem) wyjście przykładane jest skalibrowane napięcie (ale teraz - 2,5 V) i obracając suwak, uzyskuje się napięcie 1,24 V na nim Po włączeniu przykładowego źródła prądu Iobr = 1,4 mA napięcie na wejściu odwracającym wzmacniacza operacyjnego DA1.2 jest sumą algebraiczną spadków napięć na rezystorach R3 i połączonych równolegle R4, R6. Pomijając spadek napięcia wywołany przez prąd Iobr na czujniku prądowym R3, obliczamy rezystancję rezystora R4 dla ogólnie przyjętej wartości prądu kondycjonującego Icond - 0,1 Icharge:

Najprostszym sposobem dobrania wymaganej rezystancji jest połączenie rezystora R4 równolegle z R6, wartość wskazana na schemacie.

Tak więc rezystancje rezystorów nastawczych prądu wskazane w obwodzie zapewniają ładowanie głęboko rozładowanego akumulatora prądem nie większym niż 100 mA, a gdy napięcie na nim wzrasta do 2,5 V, prądem 1 A.

Do tej pory mówiliśmy o początkowym etapie ładowania baterii. Po jego zakończeniu OS DA1.1 zaczyna działać. Porównując napięcie odniesienia na wejściu nieodwracającym z częścią napięcia pobranego z silnika rezystora R10, otwiera tranzystor VT1 na tyle, aby napięcie na akumulatorze nie przekroczyło określonego poziomu 4,2 V. Aby to zrobić, przed zainstalowaniem urządzenia na górne (zgodnie z obwodem) wyjście rezystora R10 podać napięcie 4,2 V i ustawić silnik w pozycji, w której napięcie na nim wynosi 1,24 V.

Jak wspomniano powyżej, ładowanie baterii litowej powinno zakończyć się przy określonej wartości prądu. W tym przypadku dobiera się go równym 95 mA, co odpowiada około 90% jego pojemności [2]. Wskaźnikiem prądu ładowania jest dioda HL2 podłączona do wyjścia komparatora DA3.2. Ten ostatni porównuje sygnał przetwornika prądowego R3 z napięciem odniesienia. W końcowej fazie ładowania sygnał ten jest bardzo mały iw celu wyeliminowania wpływu parametrów komparatora i konieczności jego doboru do urządzenia wprowadzono wzmacniacz operacyjny DA2.1. Zmieniając rezystancję rezystora R9 w otaczającym go obwodzie OOS, komparator doprowadza się do pracy przy prądzie ładowania 95 mA. W przypadku rezystorów R8, R9 wskazanych na schemacie znamionowym jasność diody HL2 przy tym prądzie zmniejsza się o około połowę, a gdy spada do 93 mA, wskaźnik gaśnie. Takie zachowanie diody LED wynika z pojawienia się „odbicia” napięcia na wyjściu komparatora, gdy zbliża się on do punktu wyłączenia i jest obserwowane, jeśli akumulator jest podłączony bezpośrednio do obwodu ładowania, z pominięciem styków przekaźnika K1. Wprowadzenie tego ostatniego pozwoliło nie tylko wyeliminować niechciane „podskoki”, ale także zaimplementować automatyczne wyłączanie akumulatora po zakończeniu ładowania.

Dzieje się to w następujący sposób. Po naciśnięciu przycisku SB1 napięcie o dodatniej polaryzacji jest przykładane do podstawy tranzystora VT2 (przez rezystory R15, R16) i otwiera się. W rezultacie przekaźnik K1 zostaje uruchomiony i swoimi stykami K1.1 łączy akumulator z obwodem ładowania. Ponieważ zarówno podczas kondycjonowania, jak i podczas ładowania dużym prądem komparator DA3.2 włącza diodę HL2 i diodę nadawczą transoptora U1, otwarty fototranzystor łączy rezystor R14 z szyną zasilającą +7 V, po czym wciśnięty przycisk SB1 można zwolnić.

Blask HL2 pozwala ocenić niezawodność połączenia urządzenia z baterią: jeśli jakość styków jest słaba (rezystancja styku jest wysoka), nie świeci. W takim przypadku przekaźnik po zwolnieniu przycisku wraca do pierwotnej pozycji, odłączając akumulator od obwodu ładowania.

Jeśli rezystancja styków jest wystarczająco mała, ładowanie przebiega zgodnie z opisanym algorytmem. Wraz ze spadkiem prądu w fazie końcowej i próbą wytworzenia przez komparator „odskoku”, zwolnienie przekaźnika powoduje odłączenie akumulatora od obwodu ładowania i załączenie w jego miejsce diody HL3 z rezystorem ograniczającym prąd R18. Świecąca HL3 sygnalizuje koniec ładowania. Kondensator C4 w obwodzie bazowym tranzystora VT2 - tłumienie szumów.

Aby nie marnować żywotności akumulatora Li-ion, zaleca się stosowanie jako obciążenia przy ustawianiu urządzenia akumulatora złożonego z dwóch lub trzech akumulatorów Ni-Cd o pojemności 0,5...1 Ah, który przy pierwszy stopień jest podłączony bezpośrednio do katody VD1, z pominięciem grupy styków przekaźnika. Jeśli dokładnie zastosujesz się do zaleceń dotyczących wstępnej instalacji rezystorów dostrajających R7, R10, R11, być może nie będziesz musiał nawet konfigurować urządzenia, ale sprawdź główne wskaźniki (prąd kondycjonujący, napięcie progowe do włączenia pełnego prądu ładowania, jego wartość początkowa, napięcie końcowe na ładowanym akumulatorze, wartość wyświetlanego prądu końca ładowania).

Na czas regulacji do obwodu ładowania podłączony jest woltomierz cyfrowy i amperomierz 1 A, a zamiast akumulatora litowo-jonowego podłącza się akumulator złożony z dwóch ogniw Ni-Cd rozładowanych do 1 V. Po podaniu napięcia zasilania 7 V tryb klimatyzacji powinien się włączyć. Wymagany prąd (0,1 A) ustawia się wybierając rezystor R6. W miarę ładowania akumulatora napięcie na akumulatorze wzrośnie, a gdy tylko osiągnie 2,5 V, prąd ładowania powinien wzrosnąć do 1 A. W razie potrzeby tę wartość prądu ustawia się za pomocą rezystora przycinającego R7 iw kolejności aby zmieniał się przy napięciu 2,5 V, dostosuj położenie suwaka rezystora R11.

Następnie do urządzenia podłącza się baterię złożoną z trzech baterii i obserwuje się, jak po zwiększeniu napięcia na niej do około 4 V prąd ładowania zaczyna spadać. Przy wartości równej 95 mA jasność diody HL2, jak wspomniano, powinna być zmniejszona o połowę, a przy 93 mA powinna zgasnąć. Podczas upływu określonego interwału prądu ładowania odbijanie styków przekaźnika będzie wyraźnie słyszalne. Ponieważ jego grupa styków na tym etapie przełącza prąd tylko około 5 mA (włącza i wyłącza HL3), jego stan po takim teście nie ulegnie pogorszeniu. Podczas ładowania po raz pierwszy proces ten przebiega dość wolno, ale jeśli wyłączysz urządzenie i włączysz je ponownie (z naładowaną baterią), prąd spada w ciągu kilku sekund i nie jest trudno osiągnąć pożądane zachowanie diody LED w określonych granicach zmiany prądu (dobierając rezystor R9). Jak wskazano, końcowe napięcie na akumulatorze jest ustawione na 4,18 V za pomocą rezystora przycinającego R10.

Następnie akumulator jest podłączany przez styki przekaźnika i sprawdzane jest działanie obwodu rozruchowego, a także dokładność odłączania akumulatora po zakończeniu ładowania. W takim przypadku może być wymagane wstępne krótkotrwałe rozładowanie naładowanego akumulatora przez rezystor o rezystancji 5 ... 10 omów.

Na koniec regulacji do urządzenia podłączany jest akumulator litowo-jonowy, który w trakcie ładowania sprawdza zgodność napięcia (oczywiście z wyjątkiem 2,5 V) oraz prądu ładowania z ustawionymi wartościami . Ze względu na pewne różnice w rezystancji wewnętrznej akumulatorów Li-ion i Ni-Cd, może zajść konieczność ponownej regulacji urządzenia.

Urządzenie montowane jest na płytce stykowej o wymiarach 60x45 mm (płytka drukowana nie została opracowana). Tranzystor VT1 jest zamontowany na radiatorze o powierzchni chłodzącej około 100 cm2. Diodę 1N5822 możemy zastąpić dowolną inną diodą Schottky'ego o prądzie roboczym do 3 A. Rezystory trymerowe R7, R10, R11 to drut wielozwojowy, na przykład SP5-3. Kondensator C5 - dowolny tlenek o pojemności 6,8 ... 10 μF przy napięciu znamionowym 10 ... 35 V. Zamiast KT829A można zastosować dowolny inny mocny tranzystor kompozytowy o statycznym współczynniku przenoszenia prądu podstawy h21E 750 ... 1000.

W urządzeniu zastosowano kontaktron RES55A z paszportem RS4.569.604 (nowe oznaczenie - RS4.569.600-16). Ponieważ jego napięcie robocze jest znacznie mniejsze niż 7 V, rezystor R17 jest połączony szeregowo z uzwojeniem. Dopuszczalne jest użycie przekaźnika tego typu z paszportem RS4.569.603 (RS4.569.600-15). W takim przypadku rezystancja rezystora gaszącego przepięcie powinna zostać zmniejszona do 43 omów.

Jako źródło prądu ładowania można wykorzystać zasilacz sieciowy opisany w [1], ustawiając jego napięcie wyjściowe na 7 V.

Informacje o układach TSM101A, LM358 i LM393

literatura

Kosenko S. „Inteligentna” ładowarka do akumulatorów Ni-Cd. - Radio, 2004, nr 5, s. 32-35.
Akumulatory litowo-jonowe („za granicą”). - Radio, 2001, nr 7, s. 44, 45.
Tkachev F. Obliczanie mostka termoczułego. - Radio, 1995, nr 8, s. 46.

Autor: S. Kosenko, Woroneż

Zobacz inne artykuły Sekcja Ładowarki, akumulatory, ogniwa galwaniczne.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Sztuczna skóra do emulacji dotyku 15.04.2024

W świecie nowoczesnych technologii, w którym dystans staje się coraz bardziej powszechny, ważne jest utrzymywanie kontaktu i poczucia bliskości. Niedawne odkrycia w dziedzinie sztucznej skóry dokonane przez niemieckich naukowców z Uniwersytetu Saary wyznaczają nową erę wirtualnych interakcji. Niemieccy naukowcy z Uniwersytetu Saary opracowali ultracienkie folie, które mogą przenosić wrażenie dotyku na odległość. Ta najnowocześniejsza technologia zapewnia nowe możliwości wirtualnej komunikacji, szczególnie tym, którzy znajdują się daleko od swoich bliskich. Ultracienkie folie opracowane przez naukowców, o grubości zaledwie 50 mikrometrów, można wkomponować w tekstylia i nosić jak drugą skórę. Folie te działają jak czujniki rozpoznające sygnały dotykowe od mamy lub taty oraz jako elementy uruchamiające, które przekazują te ruchy dziecku. Dotyk rodziców do tkaniny aktywuje czujniki, które reagują na nacisk i odkształcają ultracienką warstwę. Ten ... >>

Żwirek dla kota Petgugu Global 15.04.2024

Opieka nad zwierzętami często może być wyzwaniem, szczególnie jeśli chodzi o utrzymanie domu w czystości. Zaprezentowano nowe, ciekawe rozwiązanie od startupu Petgugu Global, które ułatwi życie właścicielom kotów i pomoże im utrzymać w domu idealną czystość i porządek. Startup Petgugu Global zaprezentował wyjątkową toaletę dla kotów, która automatycznie spłukuje odchody, utrzymując Twój dom w czystości i świeżości. To innowacyjne urządzenie jest wyposażone w różne inteligentne czujniki, które monitorują aktywność Twojego zwierzaka w toalecie i aktywują automatyczne czyszczenie po użyciu. Urządzenie podłącza się do sieci kanalizacyjnej i zapewnia sprawne usuwanie nieczystości bez konieczności ingerencji właściciela. Dodatkowo toaleta ma dużą pojemność do spłukiwania, co czyni ją idealną dla gospodarstw domowych, w których mieszka więcej kotów. Miska na kuwetę Petgugu jest przeznaczona do stosowania z żwirkami rozpuszczalnymi w wodzie i oferuje szereg dodatkowych funkcji ... >>

Atrakcyjność troskliwych mężczyzn 14.04.2024

Od dawna panuje stereotyp, że kobiety wolą „złych chłopców”. Jednak najnowsze badania przeprowadzone przez brytyjskich naukowców z Monash University oferują nowe spojrzenie na tę kwestię. Przyjrzeli się, jak kobiety reagowały na emocjonalną odpowiedzialność mężczyzn i chęć pomagania innym. Wyniki badania mogą zmienić nasze rozumienie tego, co sprawia, że mężczyźni są atrakcyjni dla kobiet. Badanie przeprowadzone przez naukowców z Monash University prowadzi do nowych odkryć na temat atrakcyjności mężczyzn w oczach kobiet. W eksperymencie kobietom pokazywano zdjęcia mężczyzn z krótkimi historiami dotyczącymi ich zachowania w różnych sytuacjach, w tym reakcji na spotkanie z bezdomnym. Część mężczyzn ignorowała bezdomnego, inni natomiast pomagali mu, kupując mu jedzenie. Badanie wykazało, że mężczyźni, którzy okazali empatię i życzliwość, byli bardziej atrakcyjni dla kobiet w porównaniu z mężczyznami, którzy okazali empatię i życzliwość. ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum

Hybrydowy kosz na śmieci z automatem 15.07.2003

Jak skłonić głównych konsumentów napojów bezalkoholowych i niskoalkoholowych w puszkach - młodych ludzi do wyrzucania pustych puszek tylko do śmieci? Dwóch absolwentów Uniwersytetu w Lyonie (Francja) wpadło na owocny pomysł i udało się go zrealizować.

Na terenie kampusu pojawiło się sześć szafek przypominających automaty z napojami. Nie ma w nich miejsca na monety, ale jest okrągły otwór, w który można wcisnąć pusty słoik. Jak tylko to się stanie, w przedniej ścianie szafki, za szybą, zaczynają się kręcić trzy bębny z rysunkami, jak w automacie do gry. Jeśli wszystkie trzy bębny wylądują na tych samych symbolach, wygrywasz za pusty słoik. Może to być lizak, brelok, paczka gumy do żucia, długopis, a jeśli masz szczególne szczęście, skórzane etui na telefon komórkowy.

Średnio co czwarty słoik przynosi wygraną. Innowacja wzbudziła entuzjazm mieszkańców kampusu, a każda maszyna zaczęła oddawać kolekcjonerom złomu około 500 puszek tygodniowo. Zaradni studenci, nie otrzymawszy jeszcze dyplomu (studiują na Wydziale Ekonomicznym, a obrona na pewno się uda), założyli własną firmę.

Karabiny maszynowe pojawiły się na stadionach, w parkach i w centrach kulturalnych Lyonu, a do przyszłego roku ich liczba w mieście sięgnie dwustu. Następnie firma zamierza rozszerzyć swoją działalność na całą Francję. Sześćdziesiąt procent młodych Lyonsów, z którymi rozmawiano, przyznało, że przed pojawieniem się tych urządzeń zawsze rzucali wszędzie pustym słoikiem.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Mikroroboty szwajcarskich zegarmistrzów

▪ Inteligentne naklejki pomogą rdzeniom

▪ Konwerter analogowo-cyfrowy LTC2255

▪ Dysk WD Blue SN500 NVMe SSD

▪ QNAP TVS-882ST2 NAS

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja witryny Elektryczne urządzenia gospodarstwa domowego. Wybór artykułów

▪ artykuł Socjologia. Notatki do wykładów

▪ artykuł Kto jako pierwszy oswoił konia? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Canoe, jak Indianie. Wskazówki turystyczne