Содержание
Зарядное устройство литиевой аккумуляторной батареи является источником стабильного напряжения на 4,2 В, который отдает зарядный ток, составляющий 50–100% емкости АКБ (0 ,5С-1С). К примеру, для накопителя емкостью 1000 мАч необходим зарядник, выдающий ток 500–1000 мА. Если вы решили создать зарядное Li-Ion аккумулятора своими руками, обратите внимание на особенности процесса подзарядки таких накопителей (алгоритм СС/CV):
- вначале зарядный ток неизменен;
- когда уровень напряжения АКБ достигает значения Umax, зарядное устройство переходит в режим постоянного напряжения, а ток при этом асимптотически приближается к нулю.
Максимальное напряжение таких батарей зачастую составляет 4,2 В, а номинальное – примерно 3,7 В. До максимального значения заряжать литий-ионные аккумуляторы нежелательно, поскольку перезаряд (как и переразряд) негативно сказывается на их долговечности и характеристиках. При снижении выходного напряжения до значения в 4,1 В емкость устройства уменьшится практически на 10%, зато число циклов заряд/разряд увеличится примерно вдвое. Также при использовании Li-Ion батарей следует избегать падения напряжения ниже минимума в 2,7 В.
Зарядное устройство для литиевых аккумуляторов своими руками
Для создания зарядника для Li-Ion батареи можно использовать упрощенную схему. Созданное по этой схеме ЗУ практически не нуждается в регулировке. Нужно только:
- с помощью R8 задать Uвых=4,2 В без подсоединенной батареи;
- с помощью R4 и R6 установить зарядный ток.
В качестве индикатора работы ЗУ используется светодиод типа «заряд » – при подсоединении севшей АКБ он горит, а при восполнении заряда угасает.
Теперь рассмотрим последовательность создания зарядки для литий ионных аккумуляторов своими руками:
- Берем подходящий корпус и в нем размещаем блок питания на 5 В и элементы вышеприведенной схемы в указанном порядке.
- Для подсоединения заряжаемого аккумулятора вырезаем 2 полоски из латуни и устанавливаем их на гнезда. С помощью гайки настраиваем дистанцию между подключаемыми к АКБ контактами.
- Чтобы иметь возможность менять полярность на гнездах ЗУ, можно дополнительно предусмотреть переключатель.
Создание зарядного устройства с возможностями защиты
Поскольку Li-Ion батареи чувствительны к чрезмерному повышению напряжения при зарядке (происходит нагрев, обильное образование газа, возможно вздутие и даже взрыв), в фирменных зарядных устройствах содержатся специальные микросхемы, обеспечивающие контроль напряжения. Поэтому для создания ЗУ для Li-Ion аккумуляторов своими руками лучше всего использовать более сложную схему.
Созданное по такой схеме ЗУ позволяет подзаряжать АКБ с напряжением 3,6 или 3,7 В. Вначале зарядка производится постоянным током 245 или 490 мА (его установка осуществляется ручным способом), а при возрастании напряжения на АКБ до 4,1 или 4,2 В подзарядка далее осуществляется при неизменном напряжении и снижающемся токе. При падении тока заряда до заданного вручную граничного значения (в пределах 20–350 мА) подзарядка устройства автоматически останавливается.
Постоянное значение тока обеспечивает стабилизатор LM317, поддерживающий UR9=1,25 В. Аналогичный элемент TL431, подсоединенный к управляющему входу LM317, ограничивает Uвых. Ограничивающее напряжение подбирается с использованием делителя на R12…R14. Ограничение тока питания элемента TL431 обеспечивает сопротивление R11.
На транзисторе VT2, элементах R5…R8 и усилителе DA2.2 стабилизатора LM358 создается преобразователь I/U. Его выходное напряжение рассчитывается так: UR5= (I R9*R9*R5)/R6. С сопротивления R5 напряжение идет на вход ОУ DA2.1, а с регулируемого делителя на R2…R4 – на инвертирующий вход компаратора. Элемент LM78L05 стабилизирует напряжение питания делителя. Пороговое значение переключения компаратора определяется величиной R3.
Данный вариант более сложен в реализации и требует от исполнителя наличия соответствующих знаний и опыта. Зато созданное по ней зарядное устройство по функционалу будет практически идентично фирменному аналогу.
Предлагаем вам также ознакомиться со схемой электровелосипеда, которая позволяет самостоятельно создать велосипед с электроприводом.
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.
-адаптер 22012 В, 3 А -1шт;
-штатное зарядное устройство шуруповерта (или источник питания);
-плата заряда CC/CV на XL4015E1 или на LM2596 -1шт;
-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.
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!
Содержание / Contents
↑ Схема зарядного устройства
LM317 ограничивает ток, TL431+IRF ограничивает напряжение. Ничего особенного, наверняка таких же точно схем уже нарисовали не один десяток. Ограничение тока настроено на 125 мА исходя из возможностей применённого трансформатора и из ограничения на тепловыделение в маленьком пластиковом корпусе. Вообще-то, даже маленькие аккумуляторы от мобилок держат гораздо больший зарядный ток без перегрева.
↑ О литиевых аккумуляторах. Перезаряд недопустим!
Особенность литиевых аккумуляторов в том, что у них очень строгие требования по части режима зарядки и эксплуатации. В частности, совершенно недопустимо их заряжать до напряжения более 4.2 В. Вернее, следует руководствоваться даташитом на конкретную банку, там может быть указан даже меньший безопасный порог.
Поэтому, если вы не уверены в происхождении вашего экземпляра TL431, в точности вашего вольтметра, предельном напряжении аккумулятора т.д., лучше выставить немного меньше, 4.1 — 4.15 В, на всякий случай. Это позволит безопасно заряжать банки, не имеющие встроенной платы защиты.
Кто не видел последствия перезаряда литиевых аккумуляторов, на YouTube можете глянуть, довольно поучительно. Наиболее нестабильными были банки первого поколения, они взрывались особенно зрелищно.
↑ Чертёж печатной платы
Плата делалась достаточно компактной, чтобы вместить её в имеющийся пластиковый корпус.
↑ Сборка, испытания
Травим платку, впаиваем детальки. Включаем… и слышим крик розовой птицы обломинго Нет напряжения питания. Знакомая проблема, в китайском трансформаторе сдох термопредохранитель. Пытаюсь доковыряться до него … и повреждаю провод первичной обмотки
Так, спокойно! Можно, конечно, раздербанить сердечник, отмотать витки, спаять, заизолировать… Да ну его, поищу чего-нибудь другое. Удачно попал в руки старый, ещё трансформаторный, зарядник от Nokia. Если верить надписи на корпусе, он выдаёт 3.7 В 355 мА, на самом деле после выпрямителя и конденсатора получается 12 В без нагрузки и 9 В под нагрузкой 130 мА. С этим трансформатором всё заработало как надо, и по габаритам он не больше предыдущего.
↑ Готовое устройство
Осталось поместить девайс в корпус.
↑ Файлы
Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.
—
Спасибо за внимание!
Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»
