Kontroler ładowania baterii litowej. Baterie litowo-jonowe i litowo-polimerowe w naszych konstrukcjach

26.06.2023

Silnik

Kontrola napięcia na każdym z ogniw:
Gdy napięcie na którymkolwiek z ogniw przekroczy wartości progowe, cały akumulator zostaje automatycznie wyłączony.
Bieżąca kontrola:
Gdy prąd obciążenia przekroczy wartości progowe, cały akumulator zostanie automatycznie wyłączony.

Opis pinu:
"B-"- całkowity minus baterii
„B1”- +3,7 V
„B2”- +7,4 V
„B3”- +11,1 V
„B+”- całkowity plus baterii
"P-"- minus obciążenie (ładowarka)
„P+”- plus obciążenie (ładowarka)
"T"- Wyjście termistora NTC 10K

Kontroler: S-8254A
Arkusz danych dotyczący S-8254A.

Dane techniczne

Model: 4S-EBD01-4.
Ilość połączonych szeregowo akumulatorów Li-Ion: 4 szt.
Napięcia robocze: 11,2 V... 16,8 V.
Napięcie przeładowania ogniwa (VCU): 4,275 ± 0,025 V.
Napięcie nadmiernego rozładowania (VDD): 2,3 ± 0,1 V.
Znamionowy prąd pracy: 3A - 4A.
Prąd progowy (IEC): 4A - 6A.
Ochrona przed przeładowaniem.
Zabezpieczenie przed nadmiernym rozładowaniem.
Zabezpieczenie przed zwarciem.
Wymiary, mm: 15 x 46,1 x 2,62.
Waga: 2 gr.

Gwarancja

Każdy sprzedawany przez nas przedmiot objęty jest gwarancją. Zawsze wychodzimy naprzeciw potrzebom Klienta i staramy się rozwiązywać wszelkie sytuacje sporne. Więcej szczegółów znajdziesz w regulaminie wymiany i zwrotu w naszym sklepie pod linkiem.

Postęp postępuje, a baterie litowe coraz częściej zastępują tradycyjnie stosowane akumulatory NiCd (niklowo-kadmowe) i NiMh (niklowo-wodorkowe).
Przy porównywalnej masie jednego ogniwa lit ma dużą pojemność, dodatkowo napięcie ogniwa jest trzykrotnie wyższe – 3,6 V na ogniwo zamiast 1,2 V.
Koszt baterii litowych zaczął zbliżać się do konwencjonalnych baterii alkalicznych, waga i rozmiar są znacznie mniejsze, a poza tym można i należy je ładować. Producent twierdzi, że wytrzymuje 300-600 cykli.
Istnieją różne rozmiary i wybór odpowiedniego nie jest trudny.
Samorozładowanie jest tak niskie, że leżą latami i pozostają naładowane, tj. urządzenie pozostaje sprawne wtedy, gdy jest potrzebne.

„C” oznacza pojemność

Często występuje oznaczenie w postaci „xC”. Jest to po prostu wygodny zapis prądu ładowania lub rozładowania akumulatora wyrażonego w ułamkach jego pojemności. Powstał z angielskiego słowa „Capacity” (pojemność, pojemność).
Mówiąc o ładowaniu prądem 2C, czyli 0,1C, zwykle mamy na myśli, że prąd powinien wynosić odpowiednio (2 × pojemność akumulatora)/h lub (0,1 × pojemność akumulatora)/h.
Przykładowo akumulator o pojemności 720 mAh, dla którego prąd ładowania wynosi 0,5C, trzeba ładować prądem 0,5×720mAh/h = 360 mA, dotyczy to również rozładowania.

I możesz zrobić sobie prostą lub niezbyt prostą ładowarkę, w zależności od twojego doświadczenia i możliwości.

Schemat prostej ładowarki w LM317

Ryż. 5.

Układ z aplikacją zapewnia dość dokładną stabilizację napięcia, które ustawia się potencjometrem R2.
Stabilizacja prądu nie jest tak krytyczna jak regulacja napięcia, dlatego wystarczy ustabilizować prąd za pomocą rezystora bocznikowego Rx i tranzystora NPN (VT1).

Wymagany prąd ładowania dla konkretnego akumulatora litowo-jonowego (Li-Ion) i litowo-polimerowego (Li-Pol) dobiera się poprzez zmianę rezystancji Rx.
Rezystancja Rx odpowiada w przybliżeniu następującemu stosunkowi: 0,95/Imax.
Wartość rezystora Rx wskazana na schemacie odpowiada prądowi 200 mA, jest to wartość przybliżona, zależy to również od tranzystora.

Konieczne jest zapewnienie grzejnika w zależności od prądu ładowania i napięcia wejściowego.
Napięcie wejściowe musi być co najmniej 3 wolty wyższe niż napięcie akumulatora do normalnej pracy stabilizatora, które dla jednego banku wynosi 7-9 V.

Schemat prostej ładowarki na LTC4054

Ryż. 6.

Możesz przylutować kontroler ładowania LTC4054 ze starego telefonu komórkowego, na przykład Samsunga (C100, C110, X100, E700, E800, E820, P100, P510).

Ryż. 7. Ten mały, pięcionożny chip jest oznaczony jako „LTH7” lub „LTADY”

Nie będę wchodził w najdrobniejsze szczegóły pracy z mikroukładem, wszystko jest w arkuszu danych. Opiszę tylko najbardziej potrzebne funkcje.
Prąd ładowania do 800 mA.
Optymalne napięcie zasilania wynosi od 4,3 do 6 woltów.
Wskazanie ładowania.
Zabezpieczenie przed zwarciem wyjścia.
Zabezpieczenie przed przegrzaniem (redukcja prądu ładowania przy temperaturach powyżej 120°).
Nie ładuje akumulatora, gdy napięcie na nim jest niższe niż 2,9 V.

Prąd ładowania jest ustawiany przez rezystor między piątym wyjściem mikroukładu a masą zgodnie ze wzorem

I=1000/R,
gdzie I to prąd ładowania w amperach, R to rezystancja rezystora w omach.

Wskaźnik niskiego poziomu baterii litowej

Oto prosty obwód, który zapala diodę LED, gdy poziom naładowania akumulatora jest niski, a napięcie szczątkowe jest bliskie wartości krytycznej.

Ryż. 8.

Tranzystory to dowolne tranzystory małej mocy. Napięcie zapłonu diody LED wybiera się za pomocą dzielnika rezystorów R2 i R3. Lepiej jest podłączyć obwód za zabezpieczeniem, aby dioda LED w ogóle nie zużywała akumulatora.

Niuans trwałości

Producent zwykle podaje 300 cykli, ale jeśli naładujesz lit o zaledwie 0,1 V mniej, do 4,10 V, liczba cykli wzrośnie do 600 lub nawet więcej.

Obsługa i środki ostrożności

Można śmiało powiedzieć, że akumulatory litowo-polimerowe są najbardziej „delikatnymi” istniejącymi akumulatorami, to znaczy wymagają obowiązkowego przestrzegania kilku prostych, ale obowiązkowych zasad, w przypadku nieprzestrzegania których występują problemy.
1. Ładowanie do napięcia przekraczającego 4,20 V na puszkę jest niedozwolone.
2. Nie zwieraj akumulatora.
3. Niedopuszczalne jest rozładowywanie prądami przekraczającymi obciążalność oraz nagrzewanie akumulatora powyżej 60°C. 4. Wyładowanie poniżej napięcia 3,00 V na słoik jest szkodliwe.
5. Nagrzewanie akumulatora powyżej 60°C jest szkodliwe. 6. Rozhermetyzowanie akumulatora jest szkodliwe.
7. Szkodliwe przechowywanie w stanie rozładowanym.

Niezastosowanie się do pierwszych trzech punktów prowadzi do pożaru, pozostałe - do całkowitej lub częściowej utraty wydajności.

Z praktyki wieloletniej eksploatacji mogę stwierdzić, że pojemność akumulatorów niewiele się zmienia, za to wzrasta rezystancja wewnętrzna i akumulator zaczyna z czasem krócej pracować przy dużych prądach poboru - wydaje się, że pojemność spadła.
Dlatego zazwyczaj stawiam na większą pojemność, na jaką pozwalają gabaryty urządzenia, i nawet stare puszki, które mają już dziesięć lat, sprawdzają się całkiem nieźle.

W przypadku niezbyt wysokich prądów odpowiednie są stare akumulatory ogniwowe.

Ze starej baterii laptopa można wyciągnąć mnóstwo doskonale działających akumulatorów 18650.

Gdzie używać baterii litowych

Już dawno przerobiłem śrubokręt i śrubokręt elektryczny na lit. Korzystam z tych narzędzi regularnie. Teraz nawet po roku nieużywania działają bez ładowania!

Małe baterie wkładam do dziecięcych zabawek, zegarków itp., gdzie fabrycznie znajdowały się 2-3 elementy „tabletu”. Tam, gdzie potrzeba dokładnie 3 V, dodaję jedną diodę szeregowo i wychodzi w sam raz.

Założyłem latarki LED.

Zamiast drogiej i małej pojemności Krony 9V zainstalowałem w testerze 2 puszki i zapomniałem o wszystkich problemach i dodatkowych kosztach.

Generalnie stawiam go tam gdzie się da, zamiast baterii.

Gdzie kupić lit i przydatność w temacie

Są w sprzedaży. Pod tym samym linkiem znajdziesz moduły ładujące i inne przydatne rzeczy dla majsterkowiczów.

Kosztem pojemności Chińczycy zwykle kłamią i jest tego mniej niż napisane.

Uczciwy Sanyo 18650

W nowoczesnych mobilnych urządzeniach elektronicznych, nawet tych zaprojektowanych z myślą o minimalizacji zużycia energii, stosowanie baterii nieodnawialnych odchodzi już w przeszłość. A z ekonomicznego punktu widzenia już w krótkim czasie całkowity koszt wymaganej liczby jednorazowych baterii szybko przewyższy koszt jednej baterii, a z punktu widzenia wygody użytkownika łatwiej będzie ją naładować baterii, niż szukać miejsca, w którym można kupić nową baterię. W związku z tym ładowarki do akumulatorów stają się towarem, na który istnieje gwarantowany popyt. Nic dziwnego, że prawie wszyscy producenci układów scalonych do urządzeń zasilających zwracają uwagę na kierunek „ładowania”.

Pięć lat temu dyskusja na temat mikroukładów do ładowania akumulatorów (Battery Chargers IC) rozpoczęła się od porównania głównych typów akumulatorów - niklowych i litowych. Ale teraz baterie niklowe praktycznie przestały być używane, a większość producentów mikroukładów ładujących albo całkowicie zaprzestała produkcji mikroukładów do akumulatorów niklowych, albo wypuszcza mikroukłady, które są niezmienne w stosunku do technologii akumulatorów (tzw. Multi-Chemistry IC). W ofercie STMicroelectronics znajdują się obecnie wyłącznie mikroukłady przeznaczone do współpracy z akumulatorami litowymi.

Przypomnijmy pokrótce główne cechy baterii litowych. Zalety:

Wysoka właściwa pojemność elektryczna. Typowe wartości to 110…160W*h*kg, czyli 1,5…2,0 razy więcej niż analogiczny parametr dla akumulatorów niklowych. Odpowiednio przy równych wymiarach pojemność baterii litowej jest większa.
Niskie samorozładowanie: około 10% miesięcznie. W bateriach niklowych parametr ten wynosi 20 ... 30%.

Nie ma „efektu pamięci”, co czyni ten akumulator łatwym w utrzymaniu: nie ma potrzeby rozładowywania akumulatora do minimum przed ponownym ładowaniem.

Wady baterii litowych:

Potrzeba ochrony prądowej i napięciowej. W szczególności należy wykluczyć możliwość zwarcia zacisków akumulatora, podania napięcia o odwrotnej polaryzacji, przeładowania.
Konieczność zabezpieczenia przed przegrzaniem: Jeśli akumulator zostanie nagrzany powyżej określonej temperatury, będzie to miało negatywny wpływ na jego pojemność i żywotność.

Istnieją dwie technologie produkcji przemysłowej akumulatorów litowych: litowo-jonowa (Li-Ion) i litowo-polimerowa (Li-Pol). Ponieważ jednak algorytmy ładowania tych akumulatorów są takie same, chipy ładujące nie oddzielają technologii litowo-jonowej i litowo-polimerowej. Z tego powodu pomijamy dyskusję na temat zalet i wad akumulatorów Li-Ion i Li-Pol, odwołując się do literatury.

Rozważ algorytm ładowania baterii litowej pokazany na rysunku 1.

Ryż. 1.

Pierwsza faza, tzw. wstępne ładowanie, wykorzystywana jest tylko wtedy, gdy akumulator jest mocno rozładowany. Jeśli napięcie akumulatora jest niższe niż 2,8 V, nie należy go od razu ładować maksymalnym możliwym prądem: będzie to miało bardzo negatywny wpływ na żywotność akumulatora. Najpierw należy „naładować” akumulator małym prądem do około 3,0 V, a dopiero potem akceptowalne będzie ładowanie maksymalnym prądem.

Faza druga: ładowarka jako źródło prądu stałego. Na tym etapie przez akumulator przepływa prąd maksymalny dla danych warunków. Jednocześnie napięcie akumulatora stopniowo wzrasta, aż osiągnie wartość graniczną 4,2 V. Ściśle rzecz biorąc, po zakończeniu drugiego etapu ładowanie można przerwać, ale należy pamiętać, że akumulator jest aktualnie ładowany przez około 70% swojej pojemności. Należy pamiętać, że w wielu ładowarkach maksymalny prąd nie jest dostarczany od razu, ale stopniowo wzrasta do maksimum w ciągu kilku minut – zastosowano mechanizm Soft Start.

Jeśli pożądane jest naładowanie akumulatora do wartości pojemności bliskich 100%, wówczas przechodzimy do trzeciej fazy: ładowarki jako źródła stałego napięcia. Na tym etapie do akumulatora przykładane jest stałe napięcie 4,2 V, a prąd przepływający przez akumulator podczas ładowania maleje od wartości maksymalnej do pewnej wcześniej określonej wartości minimalnej. W tym momencie, gdy wartość prądu spadnie do tego limitu, ładowanie akumulatora uważa się za zakończone i proces się kończy.

Przypomnijmy, że jednym z kluczowych parametrów akumulatora jest jego pojemność (jednostka miary – Ah). Zatem typowa pojemność akumulatora litowo-jonowego rozmiaru AAA wynosi 750 ... 1300 mAh. Jako pochodną tego parametru przyjmuje się charakterystykę „prąd 1C”, jest to wartość prądu liczbowo równa pojemności znamionowej (w podanym przykładzie 750...1300 mA). Wartość „prądu 1C” ma sens tylko jako określenie maksymalnego prądu podczas ładowania akumulatora i wielkości prądu, przy którym ładowanie uważa się za zakończone. Ogólnie przyjmuje się, że wartość maksymalnego prądu nie powinna przekraczać 1 * 1C, a ładowanie akumulatora można uznać za zakończone, gdy prąd spadnie do wartości 0,05 ... 0,10 * 1C. Są to jednak parametry, które można uznać za optymalne dla danego typu akumulatora. W rzeczywistości ta sama ładowarka może współpracować z akumulatorami różnych producentów i o różnych pojemnościach, podczas gdy pojemność konkretnego akumulatora pozostaje dla ładowarki nieznana. W rezultacie ładowanie akumulatora o dowolnej pojemności w ogólnym przypadku nie będzie odbywać się w trybie optymalnym dla akumulatora, ale w trybie ustawionym dla ładowarki.

Przejdźmy do rozważenia linii mikroukładów ładowania STMicroelectronics.

Chipy STBC08 i STC4054

Te mikroukłady są dość prostymi produktami do ładowania akumulatorów litowych. Mikroukłady wykonane są w miniaturowych obudowach odpowiednio typu i . Umożliwia to zastosowanie tych komponentów w urządzeniach mobilnych o dość rygorystycznych wymaganiach dotyczących wagi i wymiarów (na przykład telefony komórkowe, odtwarzacze MP3). Schematy przełączania i pokazano na rysunku 2.

Ryż. 2.

Pomimo ograniczeń narzuconych przez minimalną liczbę pinów zewnętrznych w obudowach, mikroukłady mają dość szeroką funkcjonalność:

Nie ma potrzeby stosowania zewnętrznego MOSFET-u, diody blokującej i rezystora prądowego. Jak wynika z rysunku 2, zewnętrzne powiązanie ogranicza się do kondensatora filtrującego na wejściu, rezystora programującego i dwóch (jednej w przypadku STC4054) diod LED.
Maksymalna wartość prądu ładowania jest programowana przez wartość zewnętrznego rezystora i może osiągnąć wartość 800mA. O zakończeniu ładowania decyduje moment, w którym w trybie stałego napięcia wartość prądu ładowania spadnie do 0,1 * I BAT, czyli ustalana jest również przez wartość rezystora zewnętrznego. Maksymalny prąd ładowania wyznacza się ze stosunku:

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

gdzie I BAT to prąd ładowania w amperach, R PROG to rezystancja rezystora w omach, V PROG to napięcie na wyjściu PROG, równe 1,0 wolta.

W trybie stałego napięcia na wyjściu powstaje stabilne napięcie 4,2 V z dokładnością nie gorszą niż 1%.
Ładowanie mocno rozładowanych akumulatorów rozpoczyna się automatycznie w trybie wstępnego ładowania. Dopóki napięcie na wyjściu akumulatora nie osiągnie 2,9 V, ładowanie odbywa się słabym prądem 0,1 * I BAT. Metoda ta, jak już wspomniano, zapobiega bardzo prawdopodobnej awarii podczas próby ładowania mocno rozładowanego akumulatora w zwykły sposób. Dodatkowo wartość wartości początkowej prądu ładowania jest przymusowo ograniczana, co również zwiększa żywotność akumulatorów.
Zastosowano tryb automatycznego ładowania kroplowego - gdy napięcie akumulatora spadnie do 4,05 V, cykl ładowania zostanie wznowiony. Pozwala to zapewnić stałe ładowanie akumulatora na poziomie nie niższym niż 80% jego pojemności nominalnej.
Ochrona przed przepięciem i przegrzaniem. Jeśli napięcie wejściowe przekroczy określony limit (np. 7,2 V) lub jeśli temperatura obudowy przekroczy 120°C, ładowarka wyłączy się, aby chronić siebie i akumulator. Oczywiście zaimplementowano także zabezpieczenie przed zbyt niskim napięciem wejściowym – jeśli napięcie wejściowe spadnie poniżej pewnego poziomu (U VLO), ładowarka również się wyłączy.
Możliwość podłączenia wskaźników LED pozwala użytkownikowi mieć wyobrażenie o aktualnym stanie procesu ładowania akumulatora.

Układy ładowania akumulatorów L6924D i L6924U

Te mikroukłady to urządzenia o większej liczbie funkcji niż STBC08 i STC4054. Rysunek 3 pokazuje typowe obwody włączania mikroukładów i .

Ryż. 3.

Rozważ te cechy funkcjonalne mikroukładów, które dotyczą ustawiania parametrów procesu ładowania akumulatora:

1. W obu modyfikacjach istnieje możliwość ustawienia maksymalnego czasu ładowania akumulatora od momentu przejścia w tryb stabilizacji DC (używa się również określenia „tryb szybkiego ładowania” – faza szybkiego ładowania). Po przełączeniu w ten tryb uruchamiany jest licznik czasu watchdog, zaprogramowany na określony czas T PRG wartością kondensatora podłączonego do zacisku T PRG. Jeżeli przed upływem tego czasu ładowanie akumulatora nie zostanie zakończone zgodnie ze standardowym algorytmem (spadek prądu płynącego przez akumulator poniżej wartości I END), to po upływie tego czasu ładowanie zostanie przymusowo przerwane. Za pomocą tego samego kondensatora ustawia się maksymalny czas trwania trybu wstępnego ładowania: jest on równy 1/8 czasu trwania T PRG . Ponadto, jeśli w tym czasie nie nastąpi przejście do trybu szybkiego ładowania, obwód się wyłączy.

2. Tryb wstępnego ładowania. Jeśli dla urządzenia STBC08 prąd w tym trybie został ustawiony na wartość równą 10% I BAT, a napięcie przełączające na tryb DC zostało ustalone, to w modyfikacji L6924U algorytm ten pozostał niezmieniony, ale w układzie L6924D oba z tych parametrów ustawia się za pomocą zewnętrznych rezystorów podłączonych do wejść I PRE i V PRE.

3. Znak zakończenia ładowania w fazie trzeciej (tryb stabilizacji napięcia stałego) w urządzeniach STBC08 i STC4054 ustalono na wartość równą 10% I BAT. W układach L6924 parametr ten programuje się wartością zewnętrznego rezystora podłączonego do pinu I END. Dodatkowo w przypadku L6924D istnieje możliwość obniżenia napięcia na pinie V OUT z ogólnie przyjętej wartości 4,2 V do wartości 4,1 V.

4. Wartość maksymalnego prądu ładowania I PRG w tych mikroukładach ustala się w sposób tradycyjny - za pomocą wartości rezystora zewnętrznego.

Jak widać, w prostych „ładowaniach” STBC08 i STC4054 przy użyciu zewnętrznego rezystora ustawiano tylko jeden parametr - prąd ładowania. Wszystkie pozostałe parametry były albo zakodowane na stałe, albo stanowiły funkcję I BAT. W mikroukładach L6924 można dostroić kilka dodatkowych parametrów, a ponadto przeprowadzane jest „ubezpieczenie” na maksymalny czas trwania procesu ładowania akumulatora.

W przypadku obu modyfikacji L6924 dostępne są dwa tryby pracy, jeśli napięcie wejściowe jest generowane przez zasilacz sieciowy AC/DC. Pierwszy to standardowy tryb liniowego regulatora napięcia wyjściowego buck. Drugi to tryb sterownika quasi-impulsowego. W pierwszym przypadku do obciążenia można doprowadzić prąd, którego wartość jest nieco mniejsza niż wartość prądu wejściowego pobieranego z adaptera. W trybie stabilizacji DC (druga faza - faza szybkiego ładowania) różnica pomiędzy napięciem wejściowym a napięciem na „plusie” akumulatora jest rozpraszana w postaci energii cieplnej, w wyniku czego rozpraszanie mocy w tej fazie ładowania jest maksymalny. Podczas pracy w trybie regulatora przełączającego do obciążenia może być dostarczany prąd, którego wartość jest wyższa niż wartość prądu wejściowego. Jednocześnie znacznie mniej energii zamienia się w ciepło. To po pierwsze obniża temperaturę wewnątrz obudowy, a po drugie zwiększa wydajność urządzenia. Ale jednocześnie należy pamiętać, że dokładność stabilizacji prądu w trybie liniowym wynosi około 1%, a w trybie impulsowym - około 7%.

Działanie mikroukładów L6924 w trybie liniowym i quasi-impulsowym pokazano na rysunku 4.

Ryż. 4.

Ponadto układ L6924U może działać nie z karty sieciowej, ale z portu USB. W tym przypadku w chipie L6924U zastosowano pewne rozwiązania techniczne, które mogą dodatkowo zmniejszyć straty mocy poprzez wydłużenie czasu ładowania.

Chipy L6924D i L6924U posiadają dodatkowe wejście do wymuszonego przerwania ładowania (czyli odłączenia obciążenia) SHDN.

W prostych mikroukładach ładujących ochrona temperaturowa polega na zakończeniu ładowania, gdy temperatura wewnątrz obudowy mikroukładu wzrośnie do 120 ° C. Jest to oczywiście lepsze niż całkowity brak ochrony, ale wartość 120 ° C na obudowie jest więcej niż warunkowo powiązana z temperaturą samego akumulatora. Produkty L6924 zapewniają możliwość podłączenia termistora, który jest bezpośrednio powiązany z temperaturą akumulatora (rezystor RT1 na rysunku 3). W takim przypadku możliwe staje się ustawienie zakresu temperatur, w którym możliwe będzie ładowanie akumulatora. Z jednej strony nie zaleca się ładowania akumulatorów litowych w ujemnych temperaturach, z drugiej strony wysoce niepożądane jest również nagrzewanie się akumulatorów podczas ładowania do temperatury powyżej 50°C. Zastosowanie termistora umożliwia ładowanie akumulatora jedynie w sprzyjających warunkach temperaturowych.

Naturalnie dodatkowa funkcjonalność mikroukładów L6924D i L6924U nie tylko rozszerza możliwości projektowanego urządzenia, ale także prowadzi do zwiększenia powierzchni na płytce zajmowanej zarówno przez sam pakiet mikroukładów, jak i zewnętrzne elementy spinające.

Układy do ładowania akumulatorów STBC21 i STw4102

To kolejne udoskonalenie układu L6924. Z jednej strony zaimplementowano w przybliżeniu ten sam pakiet funkcjonalny:

Tryb liniowy i quasi-impulsowy.
Termistor podłączony do akumulatora jako kluczowy element zabezpieczenia temperaturowego.
Możliwość ustawienia parametrów ilościowych dla wszystkich trzech faz procesu ładowania.

W modelu L6924 brakuje kilku dodatkowych funkcji:

Zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją.
Zabezpieczenie przed zwarciem.
Istotną różnicą w stosunku do L6924 jest obecność cyfrowego interfejsu I 2 C do ustawiania wartości parametrów i innych ustawień. Dzięki temu możliwe staje się bardziej precyzyjne ustawienie procesu ładowania. Zalecany obwód przełączający pokazano na rysunku 5. Oczywiście w tym przypadku kwestia oszczędności powierzchni płytki oraz sztywnej masy i wymiarów nie jest tego warta. Ale oczywiste jest również, że nie oczekuje się zastosowania tego mikroukładu w małych dyktafonach, odtwarzaczach i telefonach komórkowych prostych modeli. Są to raczej akumulatory do laptopów i podobnych urządzeń, gdzie wymiana baterii jest zabiegiem nieczęstym, ale też nietanim.

Ryż. 5.

5. Camiolo Jean, Scuderi Giuseppe. Zmniejszanie całkowitego poboru mocy bez obciążenia przez ładowarki akumulatorów i adaptery Polimer// Materiał firmy STMicroelectronics. Umieszczenie w internecie:

7. STEVAL-ISV012V1: ładowarka baterii słonecznych litowo-jonowych//Materiał firmy STMicroelectronics. Umieszczenie w internecie: .

Uzyskanie informacji technicznych, zamówienie próbek, dostawa - e-mail:

Kontrolery same w sobie są użytecznymi urządzeniami. Aby lepiej zrozumieć ten temat, należy pracować z konkretnym przykładem. Dlatego rozważymy kontroler ładowania akumulatora. Co on reprezentuje? Jak to jest zorganizowane? Jakie są cechy pracy?

Do czego służy kontroler ładowania akumulatora?

Służy do monitorowania odzyskiwania strat i wydatków energetycznych. W pierwszej kolejności zajmuje się monitorowaniem przemiany energii elektrycznej w energię chemiczną, aby później w razie potrzeby zapewnić zasilanie wymaganych obwodów lub urządzeń. Wykonanie kontrolera ładowania akumulatora własnymi rękami nie jest trudne. Ale można go również usunąć z zasilaczy, które uległy awarii.

Jak działa kontroler

Oczywiście nie ma uniwersalnego schematu. Ale wielu w swojej pracy wykorzystuje dwa rezystory dostrajające, które regulują górną i dolną granicę napięcia. Kiedy przekroczy określone limity, rozpoczyna się interakcja z uzwojeniami przekaźnika i włącza się. Podczas pracy napięcie nie spadnie poniżej pewnego, technicznie określonego poziomu. Tutaj powinniśmy porozmawiać o tym, że istnieje inny zakres granic. Tak więc w przypadku akumulatora można zainstalować trzy, pięć, dwanaście i piętnaście woltów. Teoretycznie wszystko zależy od implementacji sprzętowej. Przyjrzyjmy się, jak działa kontroler ładowania akumulatora w różnych przypadkach.

Jakie są typy

Należy zwrócić uwagę na znaczną różnorodność, jaką mogą pochwalić się kontrolery ładowania akumulatorów. Jeśli mówimy o ich typach, dokonajmy klasyfikacji w zależności od zakresu:

Dla odnawialnych źródeł energii.
Do sprzętu AGD.
Dla urządzeń mobilnych.

Oczywiście same gatunki są znacznie większe. Ale ponieważ rozważamy kontroler ładowania akumulatora z ogólnego punktu widzenia, wystarczą nam one. Jeśli mówimy o tych, które są używane do wiatraków, to w nich górna granica napięcia wynosi zwykle 15 woltów, a dolna 12 V. W tym przypadku akumulator może generować w trybie standardowym 12 V. Źródłem energii jest podłączony do niego za pomocą przekaźnika ze stykami normalnie zamkniętymi. Co się stanie gdy napięcie akumulatora przekroczy ustawione 15V? W takich przypadkach sterownik zwiera styki przekaźnika. W rezultacie źródło zasilania z akumulatora zostaje przełączone na balast obciążenia. Należy zauważyć, że nie jest on szczególnie popularny w przypadku paneli słonecznych ze względu na pewne skutki uboczne. Ale dla nich są one obowiązkowe. Urządzenia gospodarstwa domowego i urządzenia mobilne mają swoje własne cechy. Co więcej, kontroler ładowania baterii tabletu, telefonów komórkowych dotykowych i przyciskowych jest prawie identyczny.

Spojrzenie na baterię litowo-jonową telefonu komórkowego

Jeśli otworzysz jakąkolwiek baterię, zauważysz, że do zacisków ogniwa przylutowana jest mała, nazywa się to obwodem ochronnym. Faktem jest, że wymagają stałego monitorowania. Typowym obwodem sterownika jest miniaturowa płytka, na której oparty jest obwód wykonany z elementów SMD. On z kolei jest podzielony na dwa mikroukłady - jeden z nich to sterujący, a drugi wykonawczy. Porozmawiajmy bardziej szczegółowo o drugim.

schemat wykonawczy

Opiera się na Zwykle są dwa z nich. Sam mikroukład może mieć 6 lub 8 pinów. Do oddzielnej kontroli ładowania i rozładowania ogniwa akumulatora zastosowano dwa tranzystory polowe, które znajdują się w tej samej obudowie. Zatem jeden z nich może podłączyć lub odłączyć obciążenie. Drugi tranzystor wykonuje te same czynności, ale ze źródłem zasilania (czyli ładowarką). Dzięki takiemu schematowi realizacji można łatwo wpłynąć na pracę akumulatora. Jeśli chcesz, możesz go użyć gdzie indziej. Należy jednak pamiętać, że obwód kontrolera ładowania akumulatora i on sam można zastosować tylko do urządzeń i elementów o ograniczonym zakresie działania. Omówimy teraz te funkcje bardziej szczegółowo.

Ochrona przed przeładowaniem

Faktem jest, że jeśli napięcie przekroczy 4,2, może nastąpić przegrzanie, a nawet eksplozja. Aby to zrobić, wybiera się takie elementy mikroukładów, które przestaną ładować po osiągnięciu tego wskaźnika. I zwykle, dopóki napięcie nie osiągnie 4-4,1 V w wyniku użytkowania lub samorozładowania, dalsze ładowanie nie będzie możliwe. Jest to ważna funkcja przypisana kontrolerowi ładowania baterii litowej.

Zabezpieczenie przed nadmiernym rozładowaniem

Gdy napięcie osiągnie krytycznie niskie wartości utrudniające pracę urządzenia (zwykle w przedziale 2,3-2,5 V), wówczas wyłącza się odpowiedni tranzystor MOSFET, który odpowiada za dostarczanie prądu do telefonu komórkowego. Następnie następuje przejście w tryb uśpienia przy minimalnym zużyciu. I jest dość interesujący aspekt tej pracy. Tak więc, dopóki napięcie ogniwa akumulatora nie przekroczy 2,9-3,1 V, urządzenia mobilnego nie można włączyć do pracy w trybie normalnym. Prawdopodobnie zauważyłeś, że po podłączeniu telefonu pokazuje, że się ładuje, ale nie chce się włączyć i funkcjonować w trybie normalnym.

Wniosek

Jak widać kontroler ładowania akumulatora Li-Ion odgrywa ważną rolę w zapewnieniu długowieczności urządzeń mobilnych i pozytywnie wpływa na ich żywotność. Ze względu na łatwość produkcji można je znaleźć w niemal każdym telefonie lub tablecie. Jeśli chcesz zobaczyć na własne oczy i dotknąć kontrolera ładowania akumulatora Li-Ion i jego zawartości rękami, wówczas podczas jego analizowania powinieneś pamiętać, że pracujesz z pierwiastkiem chemicznym, dlatego powinieneś zachować ostrożność .

I znowu urządzenie dla majsterkowiczów.
Moduł umożliwia ładowanie akumulatorów Li-Ion (zarówno chronionych, jak i niezabezpieczonych) z portu USB za pomocą kabla miniUSB.

Płytka drukowana to dwustronne włókno szklane z metalizacją, instalacja jest schludna.

Ładowanie zmontowano w oparciu o specjalizowany kontroler ładowania TP4056.
Prawdziwy schemat.

Po stronie akumulatora urządzenie nic nie zużywa i można je pozostawić na stałe podłączone do akumulatora. Zabezpieczenie przed zwarciem na wyjściu - tak (z ograniczeniem prądu 110mA). Nie ma zabezpieczenia przed odwróceniem akumulatora.
Zasilacz miniUSB zdublowano pięciocentówkami na płytce.

Urządzenie działa w następujący sposób:
Po podłączeniu zasilania bez akumulatora czerwona dioda LED świeci się, a niebieska miga okresowo.
Po podłączeniu rozładowanego akumulatora czerwona dioda gaśnie, a niebieska zapala się – rozpoczyna się proces ładowania. Dopóki napięcie na akumulatorze jest mniejsze niż 2,9 V, prąd ładowania jest ograniczony do 90-100 mA. Wraz ze wzrostem napięcia powyżej 2,9 V prąd ładowania gwałtownie wzrasta do 800 mA z dalszym stopniowym wzrostem do wartości nominalnej 1000 mA.
Gdy napięcie osiągnie 4,1 V, prąd ładowania zaczyna stopniowo spadać, następnie napięcie stabilizuje się na poziomie 4,2 V, a po spadku prądu ładowania do 105 mA, diody LED zaczynają okresowo się przełączać, sygnalizując koniec ładowania, natomiast ładowanie będzie kontynuowane po włączeniu niebieskiej diody LED. Przełączanie następuje zgodnie z histerezą sterowania napięciem akumulatora.
Znamionowy prąd ładowania jest ustawiany przez rezystor 1,2 kΩ. W razie potrzeby prąd można zmniejszyć zwiększając wartość rezystora zgodnie ze specyfikacją sterownika.
R (kΩ) - I (mA)
10 - 130
5 - 250
4 - 300
3 - 400
2 - 580
1.66 - 690
1.5 - 780
1.33 - 900
1.2 - 1000