Оценяването на характеристиките на зарядното устройство е трудно, без да се разбере как тече действителното зареждане на самата литиева батерия. Така че, преди да отидем директно в схемите, нека помним малко за теорията.

• Какви са литиевите батерии?
• Как правилно да зареждате литиево-йонните батерии
  - колко ток
  - колко дълго
• Какво представлява защитната карта (платков модул)?
• Схема Zaryadok литиево-йонна батерия:
  - LM317
  - MAX1555 (MAX1551)
  - LP2951
  - MCP73831
  - LTC4054 (STC4054)
  - TP4056
  - LTC1734
  - TL431 транзистор +
  - MCP73812
  - NCP1835
• Мога ли да зареждам батерията без контролер за зареждане?
• Как да зарежда литиева батерия?

Какви са литиевите батерии?

В зависимост от материала, от който се произвежда положителният електрод на литиевата батерия, има няколко разновидности:

• с катод от литиев кобалт;
• с катод, базиран на литиев железен фосфат;
• на основата на никел-кобалт-алуминий;
• на основата на никел-кобалт-манган.

Всички тези батерии имат свои собствени особености, но що се отнася до общия потребител, тези нюанси не са от основно значение, в тази статия те няма да бъдат взети под внимание.

Също така, всички литиево-йонни батерии се произвеждат в различни размери и формиращи фактори. Те могат да бъдат както в корпусната версия (например, популярна днес 18650), така и в ламинирана или призматична версия (гел-полимерни батерии). Последните са херметически запечатани торби от специален филм, в който има електроди и маса на електродите.

Най-често срещаните размери на литиево-йонните батерии са дадени в таблицата по-долу (всички те имат номинално напрежение от 3,7 волта):

Вътрешните електрохимични процеси протичат по същия начин и не зависят от формата и производителността на акумулатора, поради което всичко казано по-долу се отнася еднакво за всички литиеви батерии.

Как да зареждате правилно литиево-йонните батерии

Най-правилният начин за зареждане на литиеви батерии се зарежда на два етапа. Това е този метод, който Sony използва във всичките си зарядни устройства. Въпреки по-сложния контролер за зареждане, това осигурява по-пълно зареждане на литиево-йонни батерии, без да намалява техния експлоатационен живот.

Така че, нека разгледаме и двата етапа на таксата по-подробно.

1. На първия етап трябва да се осигури постоянен ток на зареждане. Стойността на тока е 0,2-0,5 ° С. За ускорено зареждане токът може да се увеличи до 0.5-1.0 ° C (където C е капацитетът на батерията).

Например, за 3000 mAh батерия, номиналният ток на зареждане в първия етап е 600-1500 mA, а ускореният ток на зареждане може да бъде в рамките на 1.5-3A.

За да се осигури постоянен ток на зареждане с предварително определена стойност, зарядната (ите) схема (и) трябва да може да повиши напрежението на клемите на акумулатора. Всъщност в първия етап паметта работи като класически текущ стабилизатор.

В мига, когато напрежението на акумулатора се издига на стойност от 4,2 волта, батерията достига приблизително 70-80% капацитет (специфичен капацитет стойност не зависи от тока на зареждане: бързото зареждане ще бъде малко по-малко с номинална - малко повече). Този момент е краят на първия етап на заряда и служи като сигнал за преминаване към втория (и последен) етап.

2. Вторият етап на зареждането е зареждането на акумулатора с постоянно напрежение, но постепенно намаляващ (падащ) ток.

На този етап зарядното устройство поддържа напрежение от 4,15-4,25 волта на батерията и следи текущата стойност.

Тъй като капацитетът е зададен, токът на зареждане ще намалее. Веднага щом нейната стойност се понижи до 0.05-0.01 ° С, процесът на зареждане се счита за завършен.

По време на втория етап на заряда, батерията успява да спечели около 0.1-0.15 от капацитета си. Така общото зареждане на батерията достига 90-95%, което е отличен показател.

Разгледахме двата основни етапа на обвинението. Обаче, покритието на таксуването на литиевите батерии би било непълно, ако не се споменава друг етап от таксата - т.нар. предналягане.

Предварително зареждане (презареждане) - този етап се използва само за дълбоко заредени батерии (под 2,5 V), за да ги изведете в режим на нормална работа.

На този етап зареждането се осигурява от постоянен ток с намалена стойност, докато напрежението на батерията достигне стойност от 2,8 V.

Предварителният етап е необходим, за да се предотврати подуване и снижаване на налягането (или дори експлозия с пожар) на повредени батерии, които например имат вътрешна късо съединение между електродите. Ако голям ток на зареждане незабавно се премине през такава батерия, това неизбежно ще доведе до отоплението му, а след това колко късмет ще бъде.

Друго предимство на предварителното зареждане е предварително загряване на батерията, което е важно при зареждане при ниски температури на околната среда (в неотопляема стая през студения сезон).

Интелигентното зареждане трябва да е в състояние да следи напрежението на батерията по време на предварителния стадий на зареждането и ако напрежението не се покачва дълго време, трябва да се заключи, че батерията е повредена.

Всички етапи на зареждане на литиево-йонната батерия (включително етапа на зареждане) са изобразени схематично в тази графика:

Обобщени по-горе, ще очертаем основните теми:

1. Какъв ток трябва да зарежда литиево-йонната батерия (например 18650 или някоя друга)?

Токът ще зависи от това колко бързо бихте искали да го заредите и може да се намира в диапазона от 0,2 градуса до 1 градуса.

Например, за батерия 18650 с капацитет 3400 mAh, минималният ток на зареждане е 680 mA, а максималното зареждане е 3400 mA.

2. Колко време трябва да зареждам, например, едни и същи 18650 батерии?

Времето за зареждане зависи пряко от зарядния ток и се изчислява по формулата:

T = C / I _{съотношение.}

Например, времето за зареждане на нашата 3400 mAh батерия с 1А ток ще бъде около 3,5 часа.

3. Как да зареждам правилно литиево-полимерна батерия?

Всички литиеви батерии се зареждат еднакви. Няма значение дали е литиево-полимерен или литиево-йон. За нас, потребителите, няма разлика.

Какво представлява карта за защита?

Защитната платка (или платка за управление на мощността) е предназначена да предпазва от късо съединение, претоварване и претоварване на литиевата батерия. Обикновено са вградени защитни модули и защита срещу прегряване.

От съображения за безопасност използването на литиеви батерии в домакинските уреди е забранено, освен ако в тях не е вградена карта за защита. Ето защо във всички батерии от клетъчни телефони винаги има платка PCB. Изходните клеми на акумулатора се намират директно върху таблото:

Тези табла използват hexapod такса контролер на специална mikruhe DW01 (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261 и др NE57600. Аналози). Задачата на този контролер е да изключи батерията от товара, когато батерията е напълно изтощена и да изключи батерията от зареждане, когато достигне 4.25V.

Тук например схемата на картата за защита на батериите BP-6M, която доставя старите телефони на Nokia:

Говорейки за 18650, те могат да бъдат произведени както със защитна карта, така и без нея. Защитният модул се намира в отрицателната зона на акумулаторната батерия.

Платката увеличава дължината на батерията с 2-3 mm.

Батериите без модул за печатни платки обикновено са включени в батериите, които са оборудвани със собствени защитни вериги.

Всяка батерия със защита лесно се превръща в батерия без защита, просто я изцеждайте.

Към днешна дата максималният капацитет на батерията 18650 е 3400 mAh. Батериите със защита задължително имат съответното обозначение върху тялото ("Защитено").

Не бъркайте PCB-картата с модула PCM (PCM модул за зареждане на захранването). Ако първите служат само за защита на батерията, те са предназначени да контролират процеса на зареждане - да ограничат тока на зареждане на дадено ниво, да контролират температурата и като цяло да осигурят целия процес. PCM борда е това, което наричаме контролер за зареждане.

Надявам се, че сега няма останали въпроси, как да зареждам батерията 18650 или друга литиева батерия? След това се насочваме към малък избор от готови решения за схеми за зарядни устройства (същите тези контролери за зареждане).

Зарядни схеми за литиево-йонни батерии

Всички вериги са подходящи за зареждане на всяка литиева батерия, остава само да се определи зарядния ток и базата на елементите.

LM317

Схема на обикновено зарядно устройство, базирано на чип LM317 с индикатор за зареждане:

Кръговата верига е най-проста, цялата настройка се намалява до настройка на изходното напрежение от 4,2 волта, използвайки тримерния резистор R8 (без свързаната батерия!) И настройването на зарядния ток чрез избиране на резистори R4, R6. Силата на резистора R1 е не по-малка от 1 Watt.

Веднага щом LED изгасне, процесът на зареждане може да се счита за завършен (токът на зареждане до нула никога няма да намалее). Не се препоръчва батерията да се държи в това зареждане дълго време, след като тя е напълно заредена.

Чипът lm317 се използва широко в различни стабилизатори на напрежение и ток (в зависимост от схемата на превключване). Предлага се в различни варианти на заграждения:

Задаване на пин (pinout):

Платката с печатна схема и монтажът са показани по-долу:

LM317 чип колеги са: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, KR142EN12, KR1157EN1 (последните две - местно производство). Ако вземете LM350, токът на зареждане може да се увеличи до 3А.

Старият съветски KT361 транзистор може да бъде заменен по подобен PNP транзистор (например, KT3107, KT3108 или деликатеси 2N5086, 2SA733, BC308A). Тя може да бъде премахната, ако индикаторът за зареждане не е необходим.

MAX1555 или MAX1551

MAX1551 / MAX1555 - специализирани зарядни устройства за Li + батерии, които могат да работят от USB или от отделен захранващ адаптер (например зарядно устройство от телефона). Чипът няма нужда от външни диоди или от външни транзистори. Chic mikruhi, само 5 извода. Само те са твърде малки, не е удобно да се спойка!

Единствената разлика между тези чипове е MAX1555, даваща сигнал за индикатора за процеса на зареждане, и MAX1551 е сигнал, че захранването е включено. Т.е. 1555 в повечето случаи все още е за предпочитане.

Подробно описание на тези чипове от производителя е листа с данни .

Максималното входно напрежение от DC адаптера е 7 V, с USB захранване от 6 V. Когато захранващото напрежение падне до 3.52 V, чипът се изключва и зарядът спира.

Самият чип открива кое входно напрежение е налице и се свързва с него. Ако захранването е включено YUSB автобус, максималната такса ток е ограничен до 100 mA - това позволява на зарядното устройство да се придържаме в USB-порта на всеки компютър, без страх от изгаряне на Southbridge.

Когато се захранва от отделно захранване, типичната стойност на зарядния ток е 280 mA.

В чиповете вградена защита срещу прегряване. Но дори и в този случай веригата продължава да работи, намалявайки зарядния ток с 17 mA на степен над 110 ° С.

Има функция за предварително зареждане (виж по-горе): докато напрежението на батерията е под 3V, чипът ограничава зарядния ток до 40 mA.

Типична схема на свързване:

Ако има гаранция, че напрежението на вашия адаптер при никакви обстоятелства не може да надвишава 7 волта, тогава можете да направите без стабилизатора 7805.

Опцията за зареждане от USB може да се монтира, например, върху такава печатна платка .

LP2951

Стабилизаторът LP2951 е произведен от National Semiconductors ( лист с данни ). Той осигурява вградената функция за ограничаване на тока и позволява изходът на веригата да формира стабилно ниво на напрежението на литиево-йонната батерия.

Степента на зарядното напрежение е 4,08 - 4,26 волта и се настройва от резистора R3 с изключена акумулаторна батерия. Напрежението е много точно.

Зарядният ток е 150 - 300 mA, тази стойност е ограничена от вътрешните схеми на чипа LP2951 (зависи от производителя).

Диодът трябва да се прилага с малък обрат на ток. Например, може да бъде някой от серията 1N400X, който може да бъде закупен. Диодът се използва като блокиращ, за да се предотврати обратния ток от акумулатора в чипа LP2951, когато входното напрежение е изключено.

Това зареждане дава доста нисък ток на зареждане, така че всяка батерия 18650 да може да се зарежда цяла нощ.

MCP73831

Чипът ви позволява да създадете правилните зарядни устройства, освен това е по-евтино от ненадеждния MAX1555.

Типичната схема на включване е взета от листа с данни :

Важно предимство на схемата е липсата на резистори с висока мощност с ниска импеданс, които ограничават зарядния ток. Тук токът се настройва от резистор, свързан към 5-ия щифт на микроциркулацията. Неговото съпротивление трябва да е в диапазона от 2-10 kΩ.

Зареждането в монтажа изглежда така:

Чипът в процеса на работа добре, така че се нагрява, но не изглежда да я притеснява. Изпълнява своята функция.

Ето още една версия на печатни платки с SMD LED и микро-USB конектор:

( изтеглете този съвет в * .lay формат)

Може би това е едно от най-простите такси за литиево-йонни батерии 18650, което можете да направите със собствените си ръце. Подходящ за литиево-йонни батерии.

LTC4054 (STC4054)

Много проста схема, чудесен вариант! Позволява ви да зареждате до 800 mA (вижте описанието на чипа ). Вярно е, че има свойството да бъде много горещо, но в този случай вградената защита от прегряване намалява тока.

Веригата може да бъде значително опростена чрез изхвърляне на един или дори на два светодиода с транзистор. Тогава ще изглежда така (съгласни, няма къде друго: чифт резистори и един condender):

Една от опциите за печатна платка е достъпна чрез тази връзка . Платката е предназначена за елементи с размери 0805.

ток заряд (в ампери) се изчислява с помощта на формулата I = 1,000 / R . Веднага не трябва да се настрои голям ток, първо вижте колко ще се нагрее чипът. Аз взех 2.7 kΩ резистор за моите цели, докато зарядният ток е около 360 mA.

Радиаторът на този чип е малко вероятно да се адаптира, нито пък е факт, че той ще бъде ефективен поради високата термична устойчивост на прехода на кристално жилище. Производителят препоръчва монтирането на радиатора "през ​​клемите" - да се направят възможно най-дебели парчета и да се остави фолиото под тялото на чипа. И като цяло, колкото по-"земно" фолио ще бъде оставено, толкова по-добре.

Между другото, по-голямата част от топлината се отклонява през третия крак, така че можете да направите този път много широк и дебел (напълнете го с прекомерно количество спойка).

Случаят на чипа LTC4054 може да бъде означен като LTH7 или LTADY.

Чипът излезе много успешен, така че има един куп уникални: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, IT4504, Y1880, PT6102, PT6181, VS6102, HX6001, LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Преди да използвате който и да е от аналозите, направете справка в техническите фишове.

TP4056

Чипът е оформен в корпуса SOP-8 (вж. Лист ), има на корема метал teplosemnik не е свързан с контактите, което позволява ефективно разсейване на топлината. Позволява ви да зареждате батерията с ток до 1А (токът зависи от резистора за настройка на тока).

Схемата за свързване изисква най-малкото шарнирни елементи:

Веригата реализира класическия процес на зареждане - първо зареждане с постоянен ток, след това с постоянно напрежение и падащ ток. Всичко е научно. Ако анализирате зареждането по стъпки, можете да изберете няколко етапа:

1. Проследяване на напрежението на свързаната батерия (това се случва през цялото време).
2. Фаза преди зареждане (ако батерията е изтощена под 2.9 V). Зарядът е 1/10 от тока, програмиран от резистора R _prog (100 mA при R _prog = 1,2 kΩ) до нивото от 2,9 V.
3. Зареждане с максимален ток с постоянна величина (1000 mA при R _prog = 1.2 kΩ);
4. Когато батерията достигне 4,2 волта, напрежението на батерията е фиксирано на това ниво. Започва плавно намаляване на зарядния ток.
5. При достигане на програмираната ток десета резистор R _прог (100 mA, когато R _прог = 1.2kOm) се изключва зарядното устройство.
6. След като зареждането приключи, контролерът продължава да наблюдава напрежението на акумулатора (виж точка 1). Токът, консумиран от веригата за наблюдение, е 2-3 μА. След изпускане на напрежението до 4,0V, зарядът отново се включва. И така на кръг.

Зарядният ток (в ампери) се изчислява по формулата I = 1200 / R _prog . Максималният допустим обхват е 1000 mA.

Реалният тест за зареждане с батерията 18650 при 3400 mAh е показан на графиката:

Предимството на чипа е, че зарядният ток се дава само от един резистор. Не се нуждаете от мощни резистори с ниско съпротивление. Освен това има индикатор за процеса на зареждане, както и индикация за края на таксуването. Когато батерията не е свързана, индикаторът мига на всеки няколко секунди.

Захранващото напрежение на веригата трябва да бъде между 4,5 ... 8 волта. Колкото по-близо до 4.5V - толкова по-добре (защото чипът се нагрява по-малко).

Първият крак се използва за свързване на температурен датчик, вграден в литиево-йонната батерия (обикновено средната мощност на батерията на мобилния телефон). Ако изходното напрежение е под 45% или над 80% от захранващото напрежение, зареждането ще бъде спряно. Ако не се нуждаете от контрол на температурата, просто поставете крака на земята.

Печатът е прост, направи се един час на коляното. Ако страда време, можете да поръчате готови модули някъде на Али или Ибей.

На едно и също място можете да намерите платка със защита срещу обратна полярност и / или с терминал за температурния сензор.

LTC1734

Също така много проста схема. Зарядният ток се настройва от резистора R _prog (например, ако поставите резистор при 3 kΩ, токът ще бъде 500 mA).

Микросхеми обикновено са маркирани на тялото: LTRG (те често могат да бъдат намерени в стари телефони от Samsung).

Транзисторът е подходящ за всеки PNP, основното е, че е проектиран за даден заряден ток.

Няма индикатор за заряд на определената схема, но във фиша на LTC1734 се казва, че изходът "4" (Prog) има две функции - текуща настройка и мониторинг на края на зареждането на акумулатора. Например, схемата с контрол на крайната такса е показана с помощта на контролера LT1716.

Сравнението LT1716 в този случай може да бъде заменено с евтин LM358.

TL431 + транзистор

Вероятно е трудно да се излезе от схема от по-достъпни компоненти. Тук най-трудното нещо е да се намери източника на напрежение TL431. Но те са толкова често срещани, че се намират почти навсякъде (рядко какъв източник на енергия прави без този чип).

Е, транзисторът TIP41 може да бъде заменен от всеки друг с подходящ колекторен ток. Подходящ дори за старите съветски KT819, KT805 (или по-малко мощен KT815, KT817).

Настройката на веригата се намалява до настройка на изходното напрежение (без акумулатора !!!) с помощта на тример при 4,2 волта. Резисторът R1 определя максималната стойност на зарядния ток.

Освен предимства при простота схема могат да пишат пълното прилагане на процеса на зареждане на два етапа, литиеви батерии - първо зареждане постоянен ток, а след това преминаване към фазата на стабилизиране на напрежението и постепенно намаляване на тока почти до нула. Страхотна схема!

MCP73812

Има още един незаслужен пренебрегван микрочип от компанията Microchip - MCP73812 (виж листа с данни ). Тя се основава на много опция за таксуване на бюджета (и евтина!). Цялото предложение - само един резистор!

Между другото, чипът се прави в корпус за запояване - SOT23-5.

Единственото отрицателно е, че се нагрява много горещо и няма индикация за зареждане. Също така по някакъв начин не работи много надеждно, ако имате ниско захранване (което дава напрежение изтегляне).

По принцип, ако за вас индикацията за зареждане не е важна и токът в 500 mA ви подхожда, тогава MCP73812 е много добър вариант.

NCP1835

Предлагаме напълно интегрирано решение - NCP1835B, което осигурява висока стабилност на зарядното напрежение (4.2 ± 0.05 V).

Може би единственият недостатък на този чип е неговият прекалено миниатюрен размер (случай DFN-10, размер 3х3 mm). Не всеки може да осигури висококачествено запояване на такива миниатюрни елементи.

От безспорните предимства бих искал да отбележа следното:

1. Минималният брой части на тялото.
2. Възможност за зареждане на напълно разредена акумулаторна батерия (зареждане с ток 30 mA);
3. Определете края на зареждането.
4. Програмираният ток на зареждане е до 1000 mA.
5. Индикация за зареждане и грешка (тя е в състояние да открие незареждащи се батерии и да сигнализира това).
6. Защита от продължително зареждане (смяна на капацитета на кондензатора C _m , можете да зададете максималното време за зареждане от 6,6 до 784 минути).

Цената на чипа не е толкова евтина, но не толкова голяма (~ 1 $), за да се откаже от използването му. Ако сте приятели с спойка, бих препоръчал да изберете тази опция.

По-подробно описание е в информационния лист .

Мога ли да зарежда литиево-йонна батерия без контролер?

Да, можете. Това обаче ще изисква внимателно следене на зарядния ток и напрежението.

Като цяло, за да заредите батерията, например, нашият 18650 без зарядно устройство не работи. Все пак, трябва да ограничите максимално максималния ток на зареждане, така че поне най-примитивната памет, но все още се нуждаете.

Най-простото зарядно устройство за всяка литиева батерия е резисторът, който е свързан последователно с батерията:

Устойчивостта и разсейването на мощността на резистора зависи от напрежението на източника на захранване, който ще се използва за зареждане.

Да вземем пример, да се изчисли резистор за 5-волтово захранване. Ще заредим батерията 18650 с капацитет 2400 mAh.

Така че, точно в началото на зареждането, спадът на напрежението в резистора ще бъде:

U _r = 5 - 2.8 = 2.2 волта

Да предположим, че нашето 5-волтово захранване е проектирано за максимален ток от 1А. Най-голямата текуща верига ще консумира в самото начало на зареждането, когато напрежението на батерията е минимално и е 2.7-2.8 волта.

По този начин съпротивлението на резистора, което е необходимо за ограничаване на тока в самото начало на заряда на ниво от 1 Amp, трябва да бъде:

R = U / I = 2,2 / 1 = 2,2 ома

Резистор за разсейване на мощност:

P _r = I ² R = 1 * 1 * 2,2 = 2,2 W

В самия край на зареждането на акумулатора, когато напрежението при него достигне 4,2 V, токът на зареждане ще бъде:

I _{зареждане} = (U _U - 4.2) / R = 5 - (4,2) / 2,2 = 0,3 А

Това е, както виждаме, всички стойности са в рамките на допустимата за тази батерия: пусковия ток не надвишава максимално допустимата такса ток за батерията (2,4 А), а крайната ток надвиши тока при който батерията престава да спечелят капацитет ( 0.24 А).

Основният недостатък на това зареждане е необходимостта постоянно да наблюдава напрежението на батерията. И ръчно изключете заряда веднага щом напрежението достигне 4.2 волта. Фактът, че литиевите батерии много слабо толерират дори краткосрочно пренапрежение - масите на електродите започват бързо да се разграждат, което неизбежно води до загуба на капацитет. В същото време се създават всички предпоставки за прегряване и снижаване на налягането.

Защитата, вградена в батерията, не позволява да се презарежда при никакви обстоятелства. Всичко, което трябва да направите, е да наблюдавате тока на зареждане, така че да не надвишава допустимите стойности за тази батерия (за съжаление, защитните карти не знаят как да ограничат тока на зареждане).

Как да зареждам литиеви батерии?

И ако говорим за акумулаторна батерия за еднократна употреба, която не е предназначена за презареждане, тогава правилният (и единствено верният) отговор на този въпрос е НЕ.

Фактът, че всяка литиева батерия (например, в обща равнина CR2032 таблетки), характеризиращ се с вътрешната пасивация слой, който е покрит с литиев анод. Този слой предотвратява химичната реакция на анода с електролита. Захранването с външен ток унищожава горепосочения защитен слой, което води до повреда на батерията.

Почти същото като зареждането на литиеви батерии (независимо дали става дума за батерия на телефона, 18650 или всяка друга литиево-йонна батерия) беше обсъдено в началото на статията.