Предлагаемое зарядное устройство (ЗУ) предназначено для зарядки батарей из трёх элементов литий-ионных аккумуляторов стабильным током до заданного напряжения. ЗУ имеет следующие технические характеристики;
| Способ зарядки | Ток — Напряжение |
| Зарядный ток | 1,5 A |
| Конечное напряжение | 12,6 В |
| Тип преобразования | Импульсный |
В статье рассматривается небольшая переделка и доработка готовой конструкции, и за основу был взят импульсный блок питания, ремонт которого был представлен в предыдущей статье
В принципе можно использовать любой, подходящий по параметрам, преобразователь сетевого напряжения импульсного типа со стабилизацией выходного напряжения, и далее будет рассмотрено как переделать стабилизированный блок питания в зарядное устройство батареи аккумуляторов.
Полная схема и конструктивные особенности переделываемого адаптера не имеют большого значения, поэтому была зарисована только часть схемы вторичного напряжения, в которой нужно будет произвести изменения и доработку, ставшая стандартной для большинства подобных устройств.
Маркировка и порядковые номера радиоэлементов соответствуют обозначениям на плате устройства:
Для доработки в первую очередь нужно поднять верхний уровень выходного стабилизированного напряжения до 12,6 В, необходимого для полной зарядки батареи литий-ионных аккумуляторов из трёх элементов.
Это напряжение задаётся цепью, состоящей из регулируемого интегрального стабилизатора напряжения параллельного типа TL431 и делителя из резисторов R15 и R16.
На сайте «Паяльник» опубликована статья «Буферное зарядное устройство свинцовых аккумуляторов», где описана подобная возможность изменения напряжения стабилизации:
В данном же случае выходное напряжение можно повысить увеличением сопротивления резистора R15, и для этого можно воспользоваться TL431 калькулятором, но более точное значение сопротивления придётся подобрать опытным путём, и далее будет описано как это сделать.
Из расчётов было определено, что для получения выходного напряжения 12,6 Вольт резистор R15 нужно заменить на резистор сопротивлением 4,1 кОм.
Для получения такого сопротивления на плату, вместо бывшего резистора, были установлены два параллельно соединённых резистора с сопротивлением 4,7 кОм и 33 кОм.
Для расчёта общего сопротивления параллельно соединённых резисторов можно воспользоваться онлайн калькулятором
Сначала на плату был установлен резистор с сопротивлением 4,7 кОм, и с помощью мультиметра были отобраны несколько резисторов номинала 33 кОм с небольшим разбросом сопротивления. Далее, поочерёдно устанавливая каждый резистор и мультиметром замеряя выходное напряжение блока питания, нужно добиться максимально точного значения 12,6 Вольт.
При сильно отличающемся напряжении в ту или иную сторону батарея не будет заряжаться до конца. При слишком низком значении, напряжения просто не хватит для полной зарядки, а при слишком высоком, зарядный ток в конце процесса зарядки не будет падать и плата защиты батареи преждевременно отключит её от цепи.
Про это на сайте имеется статья «Самодельная разборная Li-ion 3S батарея с платой контроля и защиты HH — P3-10.8»
Всё это касалось повышения выходного напряжения дорабатываемого блока питания, но для правильной его работы как зарядного устройства, нужно ещё обеспечить постоянство зарядного тока в определённых пределах.
Для этого на плате адаптера была разрезана, зачищена и просверлена токопроводящая дорожка положительного полюса вторичного питания, соединяющая два электролитических конденсатора фильтра. В этом месте был установлен токоизмерительный шунт R1 для модуля стабилизации и индикации тока зарядки. Так же был добавлен красный индикаторный светодиод LED2 с токоограничивающим резистором R2.
Порядковые номера добавленных радиокомпонентов были заданы сначала, и они не пересекаются с уже имеющимися. Все изменённые и добавленные радиоэлементы на схеме выделены красным цветом:
Кроме этого был разработан и установлен модуль измерения/стабилизации и индикации зарядного тока. Модуль разрабатывался в несколько этапов и каждый раз его параметры улучшались по мере доработки. Изначально пороговым элементом являлся германиевый транзистор прямой проводимости типа МП41, а шунт имел сопротивление 0,33 Ом:
- Резисторы R1, R2 и светодиод LED2 установлены на плате самого блока питания, а остальные компоненты были собраны на отдельной плате и двойными точками на схеме отмечены места соединения плат между собой.
- Стабилизация работала, так же и индикация, но измерительный шунт заметно нагревался, а ток стабилизации сильно зависел от температуры внутри блока питания, что потребовало доработку модуля и применение кремниевого измерительного транзистора.
- Но у кремниевых транзисторов пороговое напряжение открывания выше чем у германиевых, и для компенсации этого в схему была установлена стабильная вольт-добавка на таком же транзисторе:
- Доработанная схема работала намного лучше, а сопротивление шунта, и следовательно выделение тепла на нём, получилось немного снизить. Принцип работы такой схемы с вольт-добавкой и расчёт её элементов был описан в статье «Простой способ стабилизации больших токов с малыми потерями на измерительном элементе»
В отзывах читателей указанной статьи было несколько хороших рекомендаций, которые далее были учтены и добавлены в первоначальную схему. Схема данного измерительного модуля так же была доработана и более точно были подобраны номиналы некоторых резисторов. Окончательный вариант схемы модуля представлен на рисунке:
- Двойными точками с цифрами так же отмечены места подключения модуля с основной платой зарядного устройства, а полная схема доработанного выходного узла блока питания вместе с модулем измерения и индикации тока зарядки выглядит следующим образом:
- Точка «1» подключается к минусу блока питания;
- «2» — к выходному выводу токоизмерительного шунта;
- «3» — к входному выводу шунта;
- «4» — к оптрону обратной связи;
- «5» — к светодиоду индикации зарядки.
После включения в сеть, пока через нагрузку не течёт ток, дополнительно установленный модуль не влияет на работу адаптера, и выходное напряжение стабилизировано на уровне 12,6 Вольт. При подключении заряжаемого аккумулятора через шунт протекает ток, который обнаруживается транзистором Q1 и далее усиливается транзистором Q3.
Коллекторной нагрузкой последнего является светодиод оптрона обратной связи, который начинает светиться всё ярче с ростом протекающего через нагрузку тока, а так как с увеличением яркости его свечения скважность импульсов генератора преобразователя так же увеличивается, то выходное напряжение уменьшается и ток нагрузки стабилизируется.
Этот ток зависит от порога открывания измерительного транзистора и задаётся сопротивлением резистора токового шунта.
В активном режиме стабилизации тока транзистор Q4 входит в насыщение и светодиод LED2 светится, сигнализируя о процессе зарядки аккумулятора.
Транзистор Q2 играет ключевую роль в значении порога срабатывания измерительного транзистора Q1.
На нём создаётся стабильная вольт-добавка, которая складываясь с напряжением на шунте прикладывается к переходу база-эмиттер транзистора Q1 и понижает порог его срабатывания, уменьшая тем самым количество выделяемого на шунте тепла.
- Модуль был собран из миниатюрных радиокомпонентов на небольшом отрезке платы подходящих размеров методом навесного монтажа:
- Плата была расположена в пространстве между радиаторами силового транзистора и диодной сборки, над импульсным понижающим трансформатором, в перевёрнутом виде, и соединена с основной платой жёсткими разноцветными проводами в двойной изоляции:
- В дальнейшем так же была разработана печатная плата для изготовления модуля, на которой оставлена большая часть фольги для экономии вытравливающего раствора и соединения с массой и проводом заземления адаптера (не общим проводом, и не минусом питания), если такой имеется:
- Вид печатной платы со стороны расположения радиоэлементов
- Вид печатной платы со стороны проводников
Плата рассчитана на установку транзисторов типа КТ209В и КТ315Б, но их можно заменить любыми маломощными соответствующей структуры с коэффициентом передачи тока базы более 50. Ещё лучшие результаты работы будут, если применить транзисторные сборки, но тогда придётся изменить чертёж печатной платы.
- Токо-измерительный шунт представляет из себя сложенный вдвое отрезок нихромовой проволоки с подобранным необходимым сопротивлением, но при наличии можно установить обычный низкоомный резистор, или резистор поверхностного монтажа. От его сопротивления в большей степени зависит уровень тока зарядки — чем меньше сопротивление, тем больше ток зарядки, который естественно должен уметь обеспечивать переделываемый блок питания:
- Налаживание устройства заключается в установке выходного напряжения 12,6 В без нагрузки, подбором сопротивления верхнего резистора R15 делителя напряжения, и установке желаемого тока заряда подбором сопротивления измерительного шунта.
Для этого нужно взять заведомо большую длину нихромового провода, и подключив к выходу разряженную батарею установить необходимое сопротивление шунта, постепенно укорачивая провод и контролируя силу тока низкоомным амперметром. Подключать батарею нужно обязательно разряженную, так как в конце зарядки ток постепенно будет падать и не удастся установить его номинальное значение.
- Производить наладку лучше с реальной батареей, а не с резистивной нагрузкой, так как заряжаемая батарея представляет из себя динамическую нагрузку, и если настраивать не в реальных условиях, то в дальнейшем показания будут отличаться.
- Оба резистора, как для настройки выходного напряжения, так и тока нагрузки, расположены в удобных и доступных для многократной пайки местах:
- Во время включения с подсоединённой аккумуляторной батареей светится зелёный светодиод индикатора наличия генерации и вторичного напряжения, и дополнительно установленный красный светодиод индикатора зарядки. Не нужно забывать о технике безопасности во время работы с высоким напряжением, и не следует дотрагиваться до оголённых и токопроводящих элементов устройства, находящихся под сетевым напряжением:
- Для проверки и налаживания зарядного устройства использовался многофункциональный измеритель параметров заряда/разряда аккумуляторов, включённый по схеме с дополнительным питанием:
Максимальный ток зарядки был установлен в пределах 1,5 А при полностью разряжённой батареи, а по мере зарядки ток незначительно падал, и резко снижался в самом её конце.
В этот момент индикаторный светодиод снижал яркость своего свечения, но всё равно оставался информативным, и полностью погасал по достижении полного(почти) заряда батареи, так как установленный в батарее контроллер размыкал цепь.
- В завершение устройство было помещено в корпус, а на конец выходного кабеля был установлен унифицированный разъём XT60 с контактами типа «папа», применяющийся в литий-ионных и литий-полимерных батареях:
В последствии была изготовлена батарея на контроллере с установленной системой балансировки, и проверена возможность её зарядки сконструированным здесь зарядным устройством. Следите за новыми публикациями и оставляйте свои отзывы и рекомендации, которые возможно будут учтены при написании дальнейших статей. Смотрите так же дополнительные материалы по теме:
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- 12_6V_charger_board.pdf (57 Кб)
Зарядное устройство для литиевых аккумуляторов: оригинальные и самодельные устройства
Многие пользуются электроникой с Li-ion батареями. Для восстановления их работоспособности понадобится зарядное устройство для литиевых аккумуляторов.
Вариант зарядного устройства для литиевых аккумуляторов.
Оригинальные зарядные устройства
Внешне ЗУ для литиевых аккумуляторов мало отличаются от аналогичных приборов для кислотно-свинцовых АКБ. Но на банках у них напряжение выше, расхождение между отдельными элементами допускается не больше 0,05 В, поэтому требования к устройствам более высокие. Большинство производителей предлагает собственные зарядные устройства, оптимизированные под их аккумуляторы.
Любое ЗУ состоит из 2 основных узлов: трансформатора и выпрямителя. Они вырабатывают постоянный ток, напряжение которого выше, чем батареи.
Выбирая устройство, обращают внимание на следующее:
- Возможность одновременной зарядки каждой банки по отдельности.
- Выбор режима.
- Дополнительные функции.
Если устройство имеет независимые каналы зарядки, электроника контролирует процесс, прекращает его при восстановлении емкости. Недостаток этой возможности в том, что некоторые элементы не успевают восстановиться полностью. Если подобное происходит часто, такие батареи быстрее выходят из строя.
Заряжать можно в 3 режимах: слабым током (не превышает 10% емкости аккумулятора), средним (до 50%) и большим. Первый способ медленный, зато на продолжительности службы АКБ почти не отражается.
При втором варианте время зарядки составит 3 часа. Ускоренный заряд сокращает срок службы аккумулятора, применяется в экстренных случаях.
Интеллектуальные ЗУ имеют функцию разряда. Аккумулятор сначала полностью разряжается, стирая эффект памяти. Цикл занимает несколько больше времени, но батарея служит дольше. Некоторые приборы оснащают функцией тренировки. Она служит для возвращения к рабочему состоянию проблемных аккумуляторов.
Для литиевых элементов вредна перезарядка. Оригинальные ЗУ подают оптимальный заряд, что исключает возникновение подобной ситуации.
Еще один вариант зарядного устройства.
Некоторые Li-ion аккумуляторы оборудованы встроенной защитной платой, которая отключает их, если параметры достигают критического уровня:
- на клеммах больше 4,25 Вольт на одну банку;
- напряжение упало ниже 2,4 В;
- температура при зарядке превысила допустимую.
Когда параметры восстанавливаются, контроллер включает цепь.
Зарядка литий-ионных аккумуляторов
Li-ion батареи рекомендуется заряжать двухэтапным способом. Его преимущество в наиболее полном заряде без снижения срока службы аккумуляторов. Способ принято обозначать «CC/CV».
Первый этап происходит с постоянным зарядным током. Его величина составляет 0,2-0,5 емкости батареи, при ускоренном заряде – 0,5-1,0. ЗУ работает как стабилизатор, поддерживая напряжение. Когда на клеммах оно достигает 4,2 В, первый этап закончен. Аккумулятор набрал 70-80% емкости.
На втором этапе сила тока постепенно снижается по мере набора батареей емкости. Когда заряд достигает 90-95%, ЗУ должно отключиться. Если литиевый источник питания долго находится под высоким напряжением, происходят необратимые процессы в химическом составе, уменьшается срок службы.
В некоторых случаях требуется предварительный заряд пониженным током:
- если аккумулятор глубоко разряжен;
- батарея повреждена – предотвращает разгерметизацию;
- для предварительного прогрева, если зарядка происходит при минусовой температуре.
Выбор количества ампер зависит от количества времени, требуемого для полной зарядки. Его границы от 0,2 до 1,0 емкости батареи.
Если превысить значение всего на 0,15 В, аккумулятор может прослужить в 2 раза меньше. Понижение напряжения уменьшает емкость, но продлевает срок службы.
Время заряда высчитывают, разделив емкость на зарядный ток. Зарядка литий-полимерных аккумуляторов не отличается от зарядки Li-ion.
Простейшее устройство зарядки одного элемента
Литий-ионный аккумулятор 18650.
Самодельное ЗУ по упрощенной схеме собирают на базе микросхемы LM317. Если не удастся купить транзистор КТ361 советского образца, меняют на более доступный КТ3107 или КТ3108. Он обеспечивает работу зарядного индикатора: если в нем нет необходимости, можно обойтись без транзистора.
Настройка сводится к подбору напряжения на выходе в пределах 4,1-4,15 В. Если аккумуляторы без защитной платы, настраивают максимально точно. Для регулировки служит переменный резистор R8. Аккумулятор при настройке не подключается. Второй параметр, который настраивают, – зарядный ток. Подбирают резисторы R4, R6.
Недостаток схемы заключается в том, что подключить USB-порт для зарядки не получится.
Усовершенствование зарядного устройства для Li-ion аккумуляторов
Зарядное устройство для кислотно-свинцовых или никель-кадмиевых аккумуляторов можно переделать под литий-ионные батареи. Они заряжаются напряжением 4,20 В с отклонением не более 0,05 В.
Недорогое зарядное устройство состоит из трансформатора, диодного моста, тиристора и схемы управления. Из всей схемы оставляют трансформатор с диодным мостом, остальное выпаивают. Добавляют конденсатор на 35 В емкостью 1000 мкФ. Можно взять больше, но это увеличивает габариты. Остался выпрямитель, к которому следует добавить зарядное устройство.
Простой способ реализуют с помощью микросхемы LM317, которой следует добавить режим стабилизации тока. Это достигается монтажом резистора. Его номинал подсчитывают по формуле R=1,25/I. Количество ампер для Li-ion элементов – от 0,2 до 1, одно из значений подставляют в формулу.
Делитель напряжения – это постоянный резистор номиналом 1,5 кОм, рядом с ним последовательно установлен подстроечный 200 Ом. Второй резистор на 13 кОм. Схема рассчитана для зарядки 3 последовательно соединенных элементов по 3,7 В каждый.
Зарядное устройство для литиевых аккумуляторов 12 вольт – устройство балансира
Батареи состоят из отдельных секций. Для зарядки используется преимущественно последовательная схема от 1 источника. Когда емкость отдельной банки достигает требуемого значения, ЗУ отключается, чтобы избежать перезарядки. Некоторые элементы остаются недозаряженными, так как нет полностью идентичных секций.
Чтобы устранить эти недостатки, усовершенствуют ЗУ установкой балансира. Зарядка с ним проводится в режиме контроля каждого элемента. Напряжение не поднимается выше и не падает ниже допустимого уровня. Элементы устройства отбирают лишнюю энергию, регулируя зарядку отдельных банок.
IP-22 12 вольт 20 ампер ЗУ.
Простое устройство делают на базе микросхемы TL431. Используется любой транзистор p-n-p с большой мощностью рассеивания. Рассчитывают по формуле: P=U×I. Она большая, например, при зарядном токе 0,5 А – 2,1 Вт. Устанавливают на радиатор, чтобы не грелся. Подбирают сопротивление пары R1 и R2, чтобы напряжение не поднималось выше 4,2 В. Возможные варианты: 15К и 22К, 22К и 33К, 47К и 68К.
Можно воспользоваться готовыми платами с микроконтроллерами от торговой марки Arduino. Они преимущественно оснащаются набором, обеспечивающим нормальную работу микроконтроллера. Сторонние фирмы также производят наборы, рассчитанные на совместную работу с продукцией «Ардуино».
К зарядному устройству подключают столько балансиров, сколько ячеек у аккумулятора. Контроллеры устанавливают в отдельном корпусе.
Импульсное зарядное устройство для литиевых аккумуляторов
Иногда аккумулятор требуется зарядить быстро. Простой путь – повысить зарядный ток. Если часто пользоваться таким способом, батарея прослужит максимум 2 года. Номинальное количество ампер – 10% от емкости.
Однако полной зарядки достигнуть не удается. Если использовать способ CC/CV, на первом этапе выходит максимум 80% емкости. Оставшиеся 20% восполнить не удается. Зарядные амперы постепенно снижаются, но до нуля не доходят. Процесс останавливается, когда сила тока опускается до 0,05% номинальной емкости.
Технология двухэтапной зарядки имеет четкие критерии начала и окончания каждого шага. Предельный порог зарядки 4,2 В выбран по следующей причине: повышенное напряжение, воздействующее на электроды и электролит длительное время, приводит к их изменениям, снижению емкости.
На напряжение при зарядке влияют внутреннее сопротивление батареи и сила тока. В какой-то момент показатель кратковременно достигает 4,3 -4,4 В. Таким образом, первый этап заканчивается раньше, чем необходимо, а время заряда увеличивается. Быстро и полностью зарядить аккумулятор можно, если использовать импульсный преобразователь.
Устройство действует так:
- отключает зарядный ток;
- делает паузу;
- измеряет на аккумуляторе напряжение холостого хода;
- далее либо продолжает зарядку, либо отключается.
Заряд подается импульсами, которые тем короче, чем ближе к 4,2 В, – показатель полностью заряженной батареи. Когда он достигается, подача тока прекращается полностью. Аккумулятор можно оставлять подключенным к ЗУ на любое время: перезаряда не будет. Прибор включится, когда потребуется повысить емкость.
Импульсные ЗУ стоят дорого, поэтому мастера стремятся сделать их своими руками. Существует много вариантов на микросхемах, которые сложны в управлении и дороги.
Представляет интерес вариант без микропроцессора на базе компаратора KA393 или KIA70XX.
Подключенное устройство заряжает аккумулятор током, сила которого определяется напряжением питания и величиной сопротивления резистора RD. Когда на клеммах элемента достигается 4,15 В, по сигналу компаратора закрывается транзистор VT1. Наступает пауза, вольты падают, компаратор подключает зарядку.
Быстрозарядное устройство G4-1h Ryobi ONE+ BCL14181H.
Процесс повторяется, время импульсов постоянно сокращается, продолжительность пауз увеличивается. Когда достигается заданное значение (регулируется R1), устройство отключается.
Быстрозарядное устройство G4-1h Ryobi ONE+ BCL14181H
Импульсное ЗУ для Li-ion и NiCd аккумуляторов на 18 В разработки немецкой фирмы Ryobi производится в КНР. Работает при температуре 0…+50°С. Схема обеспечивает стабилизацию напряжения и тока, восстанавливается отдельно каждый элемент.
Технические характеристики:
- минимальная продолжительность заряда: 1,5-1 час;
- индикаторы состояния зарядки;
- размеры: 21×8,6×17,4 см;
- масса: 900 г;
- сигнализация неисправности.
https://youtube.com/watch?v=YNRnB-K3URM
Корпус ударопрочный пластмассовый. Имеется встроенный вентилятор для принудительного охлаждения с автоматическим включением при достижении +40°С.
Ремонт зарядной станции
Своими руками устраняют простые неисправности. Пример ремонта показан на станции 12В ДА-10/12ЭР для литий-ионных батарей напряжением 12 В, ток 1,8 А. Прибор состоит из понижающего трансформатора, четырехдиодного моста, сглаживающего пульсацию конденсатора. Светодиоды сигнализируют о подключении питания, начале и конце заряда.
Если не загорается индикатор включения, проверяют первичную обмотку трансформатора. Для этого измеряют тестером сопротивление, коснувшись щупами штырей вилки. Если есть обрыв, вскрывают корпус. Возможно, сгорел сетевой предохранитель, который меняют.
На некоторых моделях ЗУ установлен тепловой предохранитель. Он находится сверху первичной обмотки трансформатора под изоляцией, разрывает цепь при температуре +120…+130°С. Восстановление невозможно, поступают другим образом: пайкой соединяют концы обмоток. После этой операции трансформатор не защищен от короткого замыкания, поэтому лучше поставить сетевой предохранитель.
При целой первичной обмотке прозванивают вторичную и диоды. Один конец полупроводников выпаивают, подключают омметр, меняя положение щупов. Исправный диод показывает при одном подключении обрыв, при другом – КЗ. Перегоревшая первичная обмотка ремонту не подлежит – меняют трансформатор.
Если обнаружены неисправные диоды, устанавливают новые. Одновременно меняют и конденсатор: если в нем высыхает электролит, диоды перегружаются, сгорают.
Под увеличительным стеклом осматривают плату. Ликвидируют обнаруженные трещины, нарушенные контакты. Если все принятые меры не помогли, обращаются в мастерскую.
Зарядное устройство для литиевых аккумуляторов | Главный механик
Изобретения и использование инструмента с источниками автономного питания стало одним из визитных карточек нашего времени. Разрабатывается и внедряются всё новые активные компоненты, улучшающие работу батарейных сборок.
К сожалению аккумуляторы не могут работать без подзарядки.
И если на устройствах, имеющих постоянный доступ электросети вопрос решается встроенными источниками, то для мощных источников питания, например, шуруповерта, необходимо отдельные зарядные устройства для литиевых аккумуляторов с учетом особенности различных типов аккумуляторов.
Последние годы всё активнее используются изделия на литий-ионном активном компоненте. И это вполне понятно, так – как эти источники питания зарекомендовали себя с очень хорошей стороны:
- у них отсутствует эффект памяти;
- практически полностью ликвидирован саморазряд;
- могут работать при минусовых температурах;
- хорошо удерживают разряд.
- количество доведен до 700 циклов.
Но, каждый тип батарей имеет свои особенности. Так, литий – ионный компонент требует конструкцию элементарных батареек с напряжением 3, 6В, что требует некоторые индивидуальные особенности для подобных изделий.
[affegg id=174 next=3]
Особенности восстановления
При всех достоинствах литий-ионных аккумуляторах у них есть свои недостатки – это возможность внутреннего замыкания элементов при перенапряжении зарядки из – за активные кристаллизации лития в активном компоненте.
Также имеется ограничение по минимальному значению напряжения, которое приводит к невозможности приема электронов активным компонентом. Чтобы исключить последствия, батарея оснащается внутренними контроллером, которое разрывает цепь элементов с нагрузкой при достижении критических значений.
Хранятся такие элементы лучше всего при зарядке 50 % при +5 – 15° С.
Еще одно из особенностей литий-ионных аккумуляторов является то, что время эксплуатации батарейки зависит от времени ее изготовления, вне зависимости от того была ли она в эксплуатации или нет, или другими словами подвержена “эффекту старения”, который ограничивает сроком эксплуатации – пять лет.
Зарядка литий – ионных аккумуляторов
Простейшее устройство зарядки одного элемента
Для того чтобы понять более сложные схемы зарядки литий – ионных аккумуляторов, рассмотрим простое зарядное устройство для литиевых аккумуляторов, точнее для одной батарейки.
[affegg id=174 next=3]
Основа схемы оставляет управление: микросхема TL 431 (выполняет роль регулируемого стабилитрона) и одном транзисторе обратной проводимости. Как видно из схемы управляющий электрод TL431 включен в базу транзистора.
Настройка аппарата сводится к следующему: нужно на выходе устройства установить напряжение 4,2В – это устанавливается регулировкой стабилитрона подключением на первую ножку сопротивления R4 – R3 номиналом 2,2 кОм и 3 кОм.
Эта цепочка отвечает за регулировку выходного напряжения, регулировка напряжения устанавливается только один раз и является стабильной.
Далее регулируется ток заряда, регулировка производится сопротивлением R1 (на схеме номиналом 3Ом) в случае, если эмиттер транзистора будет включён без сопротивления, тогда входное напряжение будет и на клеммах зарядки, то есть – это 5В, что может не соответствовать требованиям.
Так же, в этом случае не будет светиться светодиод, а он сигнализирует об протекании процесса насыщения током. Резистор может быт номиналом от 3 до 8 Ом. Для быстрой подстройки напряжение на нагрузке, сопротивление R3 можно установить регулируемое (потенциометр).
Напряжение настраивается без нагрузки, то есть, без сопротивления элемента, номиналом 4, 2 – 4,5В. После достижения необходимого значения достаточно замерить величину сопротивление переменного резистора и поставить основную деталь нужного номинала вместо него.
Если нет необходимого номинала его можно собрать из нескольких штук параллельным или последовательным соединением.
Сопротивление R4 предназначено для открывания базы транзистора, его номинал должен быть 220Ом.При увеличении заряда аккумулятора напряжение будет повышаться, управляющий электрод базы транзистора будет увеличивать переходное сопротивление эмиттер – коллектор, уменьшая ток зарядки.
[affegg id=174 next=3]
Транзистор можно использовать КТ819, КТ817 или КТ815, но тогда придется ставить радиатор для охлаждения. Также радиатор будет необходим если токи будут превышать 1000мА. В общем, эта классическая схема простейшая зарядки.
Усовершенствование зарядного устройства для литиевых li – ion аккумуляторов
Когда появляется необходимость зарядить литий ионных батарей, соединенных из нескольких спаянных элементарных ячеек, то лучше всего заряжать ячейки отдельно с применением контрольной схемы, которая будет следить за зарядкой индивидуально каждой отдельной батарейкой. Без этой схемы значительное отклонение характеристик одного элемента в последовательно спаянной батареи приведет к неисправности все аккумуляторы, а сам блок будет даже опасным по причине его возможного перегрева или даже воспламенения.
Зарядное устройство для литиевых аккумуляторов 12 вольт. Устройство балансира
Термин балансировка в электротехнике означает режим зарядки, который производит контроль за каждым отдельным элементом, участвующим в процессе, не допуская увеличения или снижения напряжения менее необходимого уровня. Необходимость подобных решений вытекает из особенностей сборок с li – ion.
Если из за внутренней конструкции один из элементов зарядиться быстрее остальных, что очень опасно для состояния остальных элементов, и как следствие всей батареи.
Схемное решение балансира выполнена таким образом, что элементы схемы берут на себя избыток энергии, тем самым регулируя процесс зарядки отдельной ячейки.
Если сравнивать принципы зарядки никель-кадмиевых аккумуляторов, то они имеют отличия от литий-ионного, прежде всего у Ca – Ni окончание процесса свидетельствует повышение напряжения полярных электродов и уменьшение тока до 0, 01мА. Также перед зарядкой этот источник должен быть разряжен не менее 30% от первоначальной емкости, если не выдержать это условия в батарее возникает «эффект памяти», который снижает емкость батареи.
[affegg id=174 next=3]
С Li-Ion активным компонентом все наоборот. Полная разрядка этих элементов может привести к необратимым последствиям и резко понизить способность заряжаться. Нередко некачественные контроллеры могут не обеспечить контроль за уровнем разрядки батареи, что может привести неисправности всей сборки из-за одной ячейки.
Выходом из ситуации может стать применение выше рассмотренной схемы на регулируемом стабилитроне TL431. Нагрузку 1000 мА или больше может обеспечить установка более мощным транзистором. Такие ячейки подключается к непосредственно к каждой ячейке предохранит от неправильной зарядки.
Выбирать транзистор следует от мощности. Мощность подсчитывается по формуле P = U*I, где U – напряжение, I – зарядный ток.
Например, при токовой зарядки 0,45 А транзистор должен иметь рассеиваемую мощность не менее 3,65 В*0,45А = 1,8 Вт. а это для внутренних переходов большая токовая нагрузка , поэтому выходные транзисторы лучше установить в радиаторы.
- Ниже приведен примерный расчет величины резисторов R1 и R2 на различное напряжение заряда:
- R1 + R2 => U
- 22,1к + 33к => 4,16 В
- 15,1к + 22к => 4,20 В
- 47,1к + 68к => 4,22 В
- 27,1к + 39к => 4,23 В
- 39,1к + 56к => 4,24 В
- 33к + 47к => 4,25 В
Сопротивление R3 – нагрузка на базе транзистора. Его сопротивление может быть 471Ом – 1, 1 кОм.
[affegg id=174 next=3]
Но, при реализации этих схемных решений, возникла проблема, как заряжать отдельную ячейку в аккумуляторном блоке? И такое решение нашлось.
Если посмотреть на контакты на зарядной ножке, то на выпускаемых в последнее время корпусах с литий-ионными батареями находится такое количество контактов, сколько отдельных ячеек в батарее, естественно, на зарядном устройстве каждый такой элемент подключается отдельный схеме контроллера.
По стоимости подобное зарядное изделие несколько дороже чем линейное устройство с двумя контактами, но это стоит того, особенно если учесть, что сборки с высококачественными литий-ионными компонентами с доходят да половины стоимости самого изделия.
Импульсное зарядное устройство для литиевых li – ion аккумуляторов
Последнее время многие ведущие – фирмы производители ручного инструмента с автономным питанием, широко рекламирует быстро зарядные устройства.
Для этих целей были разработаны импульсные преобразователи на основе широтно-импульсно модулированных сигналов (ШИМ) для восстановления блоков питания шуруповертов на основе ШИМ генератора на микросхеме UC3842 собран обратноходовой AS – DS преобразователь c нагрузкой на импульсный трансформатор.
Далее будет рассмотрена работа схема наиболее распространённых источника ( см прилагаемую схему) : сетевое напряжение 220В поступает на диодную сборку D1- D4, для этих целей используются любые диоды мощностью до 2A. Сглаживание пульсаций происходит на конденсаторе C1, где концентрируется напряжение порядка 300В. Это напряжение является питанием для импульсного генератора с трансформатором T1 на выходе.
Первоначальное питание для запуска интегральная микросхемы A1 поступает через резистор R1, после чего включается генератор импульсов микросхемы, которая выдает их на вывод 6. Далее импульсы подаются на затвор мощного полевого транзистора VT1 открывая его.
Стоковая цепь транзистора подает питание к первичной обмотке импульсного трансформатора Т1. После чего включатся в работу трансформатор и начинается передача импульсов на вторичную обмотку.
Импульсы вторичной обмотки 7 – 11 после выпрямления диодом VT6 используется для стабилизации работы микросхемы A1, которая в режиме полной генерации потребляют гораздо больший ток, чем получает по цепи от резистора R1.
[affegg id=174 next=3]
В случае неисправности диодов Д6, источник переходит у режиму пульсации, поочередно запуская работу трансформатор и прекращая его, при этом слышен характерный пульсирующий «писк” посмотрим работу схемы в этом режиме.
Питание через R1 и конденсатор C4 запускают генератор микросхемы. После запуска, для нормальной работы требуется более повышенный ток. При неисправности Д6 дополнительного питания на микросхему не поступает, и генерация прекращается, затем процесс повторяется.
Если диод Д6 исправен, сразу включает в работу импульсный трансформатор под полную нагрузку. При нормальном запуске генератора на обмотке 14- 18 появляется импульсный ток 12 – 14В (на холостом ходу 15В).
После выпрямления диодом V7 и сглаживания импульсов конденсатором C7 и импульсный ток поступает на зажимы батареи.
Ток 100 мА, не вредит активному компоненту, но повышает время восстановления в 3-4 раза, снижая ее время от 30 мин до1 часа. (источник – журнал интернет издание Радиоконструктор 03-2013)
Внимание! Быстрая зарядка без нежелательных последствий для аккумуляторных батарей возможно только от импульсного источника. Некоторые недобросовестные производители, пользуясь рекламой предлагают купить зарядное устройство убийцу для литиевых аккумуляторов.
Это произойдет в том случае, если производитель искусственно повысит постоянный зарядный ток в несколько раз от номинала.
В этом случае батарея действительно будут заряжаться быстрее, но время работы в эксплуатации сократится примерно втрое и составит не один – максимум два года.
Напомним, что номинальный зарядный ток рассчитывается как 0,1 от полной емкости.
Быстрозарядное устройство G4-1H RYOBI ONE+ BCL14181H
[affegg id=175]
Устройство выполнено в оригинальном корпусе из ударопрочной пластмассы. Применено принудительное охлаждение от встроенного вентилятора, с автоматическим включением при достижении 40° С .
Характеристики:
- Минимальное время заряда 18В при 1,5 А /ч – 60 минут, вес 0,9 кг, габариты: 210 x 86 x 174 мм. Индикация процесса зарядки подсвечивается синим светодиодом, по окончании загорается красный. Имеется диагностика неисправности, которая загорается при неисправности сборки отдельной подсветкой на корпусе.
- Питание однофазное 50Гц. 220В. Длина сетевого провода 1,5 метра.
Ремонт зарядной станции
Если случилось так, что изделие перестало выполнять свои функции, лучше всего обратиться в специализированные мастерские, но элементарные неисправности можно устранить своими руками. Что делать если не горит индикатор питания, разберем некоторые простые неисправности на примере станции 12В ДА-10/12ЭР.
Это изделие предназначено для работы с литий-ионными батареями 12В, 1,8А. Изделие выполнено с понижающим трансформатором, преобразование пониженного переменного тока выполняется четырех диодные мостовую схему. Для сглаживания пульсации установлен электролитический конденсатор. Из индикации имеется светодиоды сетевого питания, начала и окончание насыщения.
Итак, если не горит сетевой индикатор. Прежде всего необходимо через сетевую вилку убедится в целостности цепи первичной обмотки трансформатора.
Для этого через штыри вилки подключения сетевого питания нужно прозвонить омметром целостность первичной обмотки трансформатора коснувшись щупами прибора за штыри сетевой вилки, если цепь показывает обрыв, тогда нужно осмотреть детали внутри корпуса.
[affegg id=174 next=3]
Возможен обрыв предохранителя, обычно это тоненькая проволочка, протянутая в фарфоровом или стеклянном корпусе, сгорающая при перегрузках.
Но некоторые фирмы, например, “Интерскол”, для того чтобы предохранить обмотки трансформатора от перегрева устанавливают между витками первичной обмотки тепловой предохранитель, цель которого при достижении температуры 120 – 130° С, разрывать цепь питания сети и, к сожалению, ее уже после разрыва не восстанавливает.
Обычно предохранитель находится под покровной бумажной изоляцией первичной обмотки, после вскрытия которой, можно легко обнаружить эту деталь. Чтобы снова привести схему в рабочее состояние, можно, просто спаять концы обмотки в одно целое, но нужно помнить – трансформатор остается без защиты от короткого замыкания и лучше всего вместо теплового установить обычный сетевой предохранитель.
Если цепь первичной обмотки целая, прозванивается вторичная обмотка и диоды моста. Для прозвонки диодов лучше выпаять один конец из схемы и проверить диод омметром. При подсоединении концов к выводам поочередно щупов в одну сторону, диод должен показывать обрыв, в другую, короткое замыкание.
Таким образом необходимо проверить все четыре диода. И, если, уж, мы залезли в схему, тогда лучше всего сразу поменять конденсатор, потому, что диоды обычно перегружаются по причине высовшего электролита в конденсаторе.
Далее можно проверить все соединения на плате с помощью увеличительного стекла. Если это не помогло, то лучше всего обратиться к специалисту в сервисную компанию.
Купить блоки питания для шуруповерта
Любой ручной инструмент и аккумуляторы можно приобрести у нас на сайте. Для этого необходимо пройти простую процедуру регистрации и далее следовать по несложный навигации. Простая навигации сайта легко выведет на необходимый для вас инструмент.
На сайте можно посмотреть цены и сравнить их с конкурирующими магазинами. Любой возникший вопрос можно решить с помощью менеджера, позвонив по указанному телефону или оставить вопрос дежурному специалисту.
Заходите к нам, и вы не останетесь без выбора необходимого вам инструмента.
[affegg id=174 next=3]
Самодельное зарядное устройство для литий ионных аккумуляторов шуруповерта
В предыдущей статье я рассматривал вопрос о замене никель-кадмиевых (никель-марганцевых) NiСd(NiMn) аккумуляторов шуруповерта на литиевые. Надо рассмотреть несколько правил по зарядке аккумуляторов.
Литий ионные аккумуляторы размера 18650 в основном могут заряжаться до напряжения 4,20В на ячейку с допустимым отклонением не больше 50 мВ потому, что увеличение напряжения может привести повреждению структуры батареи. Ток заряда аккумулятора может составлять 0,1хС до 1хС (здесь С-емкость). Лучше выбрать эти значение по даташиту. Я применил в переделке шуруповерта аккумуляторы марки Samsung INR18650-30Q 3000mAh 15A. Смотрим даташит-ток зарядки -1,5А.
Наиболее правильным будет провести заряд литиевых аккумуляторов в два приема по методике CCCV (ток постоянный, постоянное напряжение).Первый этап- должен обеспечить постоянный ток заряда. Величина тока равна 0.2-0.5С. Я применил аккумулятор емкостью 3000 мА/ч, значит номинальный ток заряда будет 600-1500мА. После зарядка банки идет на неизменном напряжении, ток постоянно уменьшается.
Поддерживается напряжение на аккумуляторе в пределах 4.15-4.25В. Аккумулятор зарядился если ток уменьшится до 0.05-0.01С. Принимая во внимание вышесказанное используем электронные платы с Алиэкспресс. Понижающая плата CC/CV с ограничением по току на микросхеме XL4015E1 или на LM2596. Предпочтительней плата на XL4015E1 так, как она более удобна в настройках.
Характеристики XL4015E1. Максимальный выходной ток до 5 А.Напряжение на выходе: 0.8 В-30 В.Напряжение на входе 5 В-32 В.
- Плата на LM2596 имеет аналогичные параметры, только ток до 3 А.
- Перечень инструментов и материалов.
- -плата заряда CC/CV на XL4015E1 или на LM2596-1шт;
-адаптер 22012 В, 3 А -1шт;-штатное зарядное устройство шуруповерта (или источник питания);-соединительные провода -паяльник;-тестер;-пластмассовая коробка для плата заряда -1шт;-минивольтметр -1шт;-переменный резистор (потенциометр) на 10-20 кОм -1шт;-разъем питания для аккумуляторного отсека шуруповерта -1шт.
Шаг первый. Сборка ЗУ аккумуляторов шуруповерта на адаптере.
Плату cccv мы уже выбрали выше. В качестве источника питания можно применить любой с такими параметрами-выходное напряжение не ниже 18 В (для схемы 4S),ток 3 А. В первом примере изготовления зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов шуруповерта я использовал адаптер 12 В, 3 А.Предварительно я проверил какой ток он может выдать пир номинальной нагрузке. Подключил к выходу автолампу и выждал полчаса. Выдает свободно без перегруза 1,9 А. Также измерил температуру на радиаторе транзистора-40°C. Вполне нормальный режим.Но в этом случае не хватает напряжения. Это легко исправимо, с помощью всего одной копеечной радиодетали-переменного резистора (потенциометр) на 10-20 кОм. Рассмотрим типовую схему адаптера.На схеме есть управляемый стабилитрон TL431, он находится в цепи обратной связи. Его задача поддерживать стабильное выходное напряжение в соответствие с нагрузкой. Через делитель из двух резисторов он подключен к плюсовому выходу адаптера. Нам нужно припаять к резистору(или выпаять его совсем и на его место припаять, тогда напряжение будет регулироваться и в меньшую сторону) который подключен к выводу 1 стабилитрона TL431 и к минусовой шине переменный резистор. Вращаем ось потенциометра и выставляем нужное напряжение. В моем случае я задал 18 В (небольшой запас от 16,8 В для падения на плате CC/CV). Если у вас напряжение указанное на корпусах электролитических конденсаторах стоящих на выходе схемы будет больше нового напряжения они могут взорваться. Тогда надо заменить их с запасом 30% по напряжению.Далее подключаем к адаптеру плату для управление зарядом. Выставляем подстроечным резистором на плате напряжение 16,8 В. Другим подстроечным резистором выставляем ток 1,5 А, предварительно подключаем тестер в режиме амперметра к выходу платы. Теперь можно подсоединить литий-ионной сборку шуруповерта. Зарядка прошла нормально, ток к концу заряда упал до минимума, батарея зарядилась. Температура на адаптере была в пределах 40-43°C, что вполне нормально. В перспективе можно в корпусе адаптера для улучшения вентиляции (особенно в летнее время) насверлить отверстия.Окончание заряда батареи можно увидеть по включению светодиода на плате на XL4015E1. В данном примере я использовал другую плату на LM2596 так, как случайно в ходе экспериментов сжег XL4015E1. Советую делать зарядку лучше на плате XL4015E1.
Шаг второй. Сборка схемы зарядного устройства аккумуляторов шуруповерта на штатном зарядном.
У меня было штатное зарядное от другого шуруповерта. Оно рассчитано на зарядку никель-марганцевых аккумуляторов. Задача стояла в том чтобы заряжать и никель-марганцевые аккумуляторы и литий-ионные.Это решилось просто- припаял к выходным проводам (красный плюс, черный минус) провода к плате CC/CV.Напряжение холостого хода на выходе штатное зарядного было 27 В, это вполне подходит для нашей зарядной платы. Далее все то же как и варианте с адаптером.Окончание зарядки здесь мы видим по изменению цвета свечения светодиода(переключился с красного на зеленый).Саму плату CC/CV я поместил в подходящую пластмассовую коробку, выведя провода наружу.Так с помощью маленькой коробочки, а вернее ее содержимым можно зарядить аккумуляторы нашего шуруповерта.Если у вас штатное зарядное на трансформаторе то можно подключить плату CC/CV после диодного мостика выпрямителя.Способ переделки адаптера под силу начинающим и может пригодиться в других целях, в результате получим бюджетный блок для питания различных устройств.
- Подробнее в ролике:
- Всем желаю здоровья и успехов в жизни и творчестве!
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.
Как зарядить любой li-ion без специального ЗУ
Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы требуют особых условий заряда. С этой задачей легко справляются соответствующие зарядные устройства. Но не всё так просто.
Иногда может не быть нужного ЗУ, «лягушка» не сможет зарядить аккумулятор от камеры на 8,4 В, а универсальное зарядное устройство iMAX не выдаёт 4,4 В для полного заряда HV аккумулятора от смартфона.
В любом из этих случаев поможет самодельная схема на двух линейных стабилизаторах.
Универсальная схема зарядки li-ion аккумуляторов.
Метод зарядки CC-CV (Constant Current — Constant Voltage), что переводится как Постоянный ток — Постоянное напряжение. До определённого момента с помощью первой КРЕНки на аккумулятор идёт заданный стабильный ток.
Он указан в datasheet. Если не знаете максимальный допустимый ток, то используйте 0,5 А или меньший. Он не принесёт вреда современным аккумуляторам от смартфонов или 18650 от других устройств.
Превышать зарядный ток не следует!
Потом ток начинает падать, а напряжение приближается к стабилизированному второй КРЕНкой или LM317T. Это напряжение, до которого нужно заряжать, указано на аккумуляторе. Превышать его, как и ток, нельзя! В противном случае возможен такой результат:
Либо заметная потеря ёмкости, если не сильные превышения. Пожалуйста, подпишитесь на мой youtube канал, очень нужно быстро собрать 1000 подписчиков! Заранее спасибо!
Аккумуляторы с одним литиевым элементом бывают на 4,2 В, 4,3 В, 4,35 В, 4,4 В, 4,5 В. Аккумулятор нужно отключить, когда ток отсечки (cut-off) достигнет значения из даташита. Обычно 38-100 мА.
Собранное зарядное устройство.
На фото устройство подключено к компьютерному блоку питания 12 В. Максимальное напряжение питания 40 В. Гарантированный максимальный выходной ток 1.5 А. Ток заряда задаётся резистором R1 по формуле: R=1,25/I Чтобы получить ток 500 мА нужен резистор: 1,25/0,5=2,5 Ом
Напряжение задаётся резистором R2 по формуле: R2=R3*(Uвых.-Uопор.)/Uопор. Чтобы заряжать аккумулятор на 4,2 В, необходим резистор: 240*(4,2-1,25)/1,25=566,4 Ом.
Для заряда аккумуляторов от смартфонов, собрал следующее устройство:
Зарядное устройство для телефонных аккумуляторов разных размеров.Зарядное устройство для телефонных аккумуляторов разных размеров.Зарядное устройство для телефонных аккумуляторов разных размеров.
С помощью плоского неодимового магнита из жёсткого диска можно легко фиксировать аккумуляторы разных размеров. Разъём с подпружиненными контактами крепится к деревянной основе на двух саморезах.
Разъём с позолоченными контактами и неодимовый магнит из HDD от ноутбука.
Ток подаётся «крокодилами», но можно и припаять провода.
А ещё можно сделать переходник, чтобы заряжать разные аккумуляторы 4,2 В от зарядного устройства, заточенного только под одну модель аккумуляторов.
Спасибо за то, что дочитали мою статью! Я старался для Вас, отблагодарите подпиской на youtube канал. Если информация понравилась, ставьте лайк и поделитесь в соцсетях. Также буду рад комментариям!